第3章 健康体育的科学基础（1）

第一节 健康体育的运动学基础

一、运动过程的新陈代谢

生命现象的新陈代谢是一个十分复杂的过程。人的机体是由细胞、系统、器官和组织组成。细胞是机体结构与功能的最小、最基本的单位。新陈代谢一般是指有生命物质与周围环境进行物质交换和自我更新的过程。新陈代谢过程中物质的转变为物质代谢。人体进行物质代谢的同时，也进行着能量的转换。

健康体育锻炼等身体活动，是促进新陈代谢的一种刺激，能引起组织系统发生兴奋，加剧物质代谢和能量转换。身体活动必然增加能量消耗，出现代谢的不平衡。科学家已经揭示：健康体育锻炼能增强体质，是由于身体活动而引起的能量物质的消耗，随后便能引起同化作用的加强，加速恢复过程，可使体内组织细胞内部得到更多的补充，合成新的物质，使有机体获得更加旺盛的活力，从而促使机体得以发展和发达。健康体育锻炼是经过科学处理的身体活动，可使机体向着完善的方向转化，这就是健康体育锻炼可以增强体质的生理过程和理论依据。

人体的发展代代相传，存在着遗传变异，但遗传是相对的，变异是绝对的。因此，存在着人种和种族体质的差异。遗传学家的研究表明，人体在正常体征和生理功能方面，如肤色、发色、眼型、鼻型、身高、体重、血型等都是遗传的，但又是渐变的，总的趋势是用进废退的。由此，可以设想，提倡健康体育锻炼，是塑造未来完美身体和改善民族体质的积极手段之一。

二、运动时能量供应方式

人体运动时的直接能源是肌肉中的一种特殊高能磷酸化合物——三磷酸腺苷（ATP），它在酶的催化下，迅速分解为二磷酸腺苷（ADP）与磷酸（Pi），同时释放出能量供肌肉收缩。但是人体中的ATP含量甚微，只能供极短时间消耗，因此，肌肉要持续运动就需要及时补充ATP。体内ATP的恢复是糖、脂肪、蛋白质等能量物质通过各种代谢途径来实现，补充的途径有磷酸肌酸（CP）分解、糖的无氧酵解及糖与脂肪的有氧代谢，生理学上称之为运动时的3个供能系统。

（一）无氧代谢供能

人体肌肉进行剧烈运动时，氧供应满足不了人体对氧的需求，肌肉即利用三磷酸腺苷（ATP）和磷酸肌酸（CP）的无氧分解释放能量，由于CP的分解能迅速将能量转移给ADP生成ATP既不需要氧，也不产生乳酸，因此也称这个磷酸原系统为非乳酸能系统。但这个供能系统持续供能时间很短，全身肌肉中ATP-CP供能系统仅维持8～10秒左右的能量供应。

另一个无氧供能系统是动用肌糖元进行无氧酵解供能，由于在酵解中产生乳酸积累，故也把这个供能系统称为乳酸能供能系统。人体肌肉快速运动持续较长时间后（10秒以上），磷酸原供能系统已不能及时提供能量ATP的合成，这时就动用肌糖元进行无氧酵解供能。人体乳酸能供能系统的最长供能持续时间约为33秒左右。

100m跑无氧代谢占98%以上，200m跑无氧代谢占90%～95%，有氧代谢仅占5%～10%，因此，短距离跑的项目应以提高无氧代谢能力为主。无氧代谢练习中，发展磷酸原供能系统的供能能力最好采用每次10秒以内的全速跑重复训练，中间间歇休息30秒以上，如果间歇时间短于30秒会使磷酸原供能系统恢复不足而产生乳酸积累。发展乳酸能供能系统的能力最适宜的手段是全速（或接近全速）跑30～60秒，间歇休息2～3分钟，使血乳酸达到最高水平，来提高人体对高血乳酸的耐受力。

人体安静时血乳酸浓度为4mmol/L，当运动强度加大使血乳酸上升至7.5mmol/L时是糖酵解参与供能的一个标志，故称为无氧代谢阀。运动强度越大，血乳酸值越高，糖酵解供应能量的比值就越大。

（二）有氧代谢供能

有氧代谢是指糖类、脂肪在氧供应充足的条件下，氧化分解成二氧化碳和水，同时释放大量能量供ATP再合成的过程。长时间、长距离的运动项目主要是有氧代谢供能，5000m跑有氧代谢占80%，10000m跑有氧代谢占90%，很多球类项目也需要良好的有氧代谢能力。这个系统的能力主要和人体心肺功能有关，是耐力素质的基础。可采用较长时间中等强度的匀速跑或较长距离的中速间歇训练来提高有氧供能系统的功能。

任何一种体育运动项目都是多种供能系统参与供能，由于不同运动项目的持续时间和强度不同，各供能系统所占的比例各不相同。短距离、大强度项目是磷酸原系统供能即无氧供能。长时间、中低强度项目则主要提高有氧代谢系统的供能能力；中等距离、较大强度的运动项目对供能系统均有较高要求。糖类和脂肪是运动中合成ATP的主要能量来源，糖能进行无氧酵解和有氧代谢，而脂肪不能无氧酵解，只能进行有氧代谢，在马拉松跑等超长距离项目中，在运动的后期用来合成ATP的能量大约有80%来自脂肪氧化。所以，为了消耗体内多余脂肪，需采用强度不大但持续时间较长的有氧运动。

三、有机体的超量恢复

一般健康人在运动时，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。在运动生理学中对人体运动时的这种现象叫“超量恢复”，它是在身体锻炼中，由于体内的能量物质的大量消耗，机体便产生了疲劳。锻炼停止后，消耗的能量物质又重新得到补充，于是就逐渐恢复到运动前状态，而且在一段时间内还出现超过原来水平的情况。实际上恢复过程并非锻炼结束后才开始的，而是在锻炼中随着能量物质分解的再合成就已经开始了。

超量恢复的强弱和运动量大小有着密切的联系。在一定限度内，运动量越大，肌肉和各器官的功能就动员得越充分，能量物质消耗越多，超量恢复就越显著。但运动量过大，会使恢复过程延长，甚至会出现过度疲劳而有损于健康。如果运动量过小，超量恢复不显著，甚至不会出现，影响锻炼效果。

超量恢复出现的早晚，与运动量大小，疲劳程度以及营养供给有关。在身体锻炼中，运用人体超量恢复的规律来指导身体锻炼应注意以下三种情况：

（1）一次身体锻炼时间较短，且运动强度不大，不会引起机体较大的反应，超量恢复不显著。对中青年人来说，要想有效地增强体质发展运动素质与增强体力，其作用不大，但对保持中老年人的健康是有作用的，如太极拳、气功、医疗体操等项目。

（2）重复进行身体锻炼的间歇时间要掌握好。间歇时间过长，只能保持原来的体质水平；间歇时间过短，如果身体又长期处在疲劳状态，对健康是不利的。

（3）应正确确定两次练习之半的间歇，一般是采用测心率的方法来控制，例如：练习后的心率达到140～170次/分，间歇时，待心率恢复到100～200次/分左右，再进行下一次练习较为合适。

要根据各自的身体条件、年龄和锻炼基础合理地安排运动量和锻炼持续时间，既能引起机体超量恢复，又不要超过机体适应的界限。

四、运动负荷的价值阈

运动负荷价值阈，是指按一定的心率区间去确定运动负荷的计量标准。健康体育锻炼要针对个人的不同特点安排运动负荷，不可能有一个最佳运动负荷价值阈的绝对标准，但正常人之间的差异均较接近。所以，运动负荷价值阈对多数人来说，具有普遍的现实意义。

近年来，国内外的学者对运动负荷价值阈理论的探讨和实际运用，已引起了普遍的重视。有些国家采用电脑控制仪、心电图记录器和基础体力测定器等装置，为健康体育锻炼提供健康变化的各种数据。

在健康体育锻炼过程中，达到心搏量极限的程度，需要有一段发动期。随后，心搏量急剧上升，再经过一段时间，到心搏量进入极限。从心搏量急剧上升，到心搏量极限，这段数据称为极限区间。心搏量极限区间低值和高值之间，即为运动负荷的有效价值范围。健康体育锻炼在这个区间内波动，并达到锻炼时间的三分之二左右，可取得理想的锻炼效果。

从有利于增强体质出发，一般人的健康体育锻炼，应以有氧代谢为主，中等强度为宜。学术界曾提出如下的结论，即心率在110次/分以下时，机体的血压、血液成分、尿蛋白和心电图等，都没有明显变化，健身的价值不大；心率在130/次分的运动负荷时，每搏输出量接近和达到一般人的最佳状态，健身效果明显；心率在150次/分的运动负荷时，每搏输出量开始出现缓慢下降；心率增加到160～170次/分之间，虽无不良的异常反映，但亦未能呈现更好的健身迹象。因此，通常把一般人的健身效果的最佳区间保持在120～140次/分的心率之间。而每次保持在120～140次/分心率的时间，占一次锻炼总时间的三分之二左右为最佳。

生理学实验证明：心率在120～140次/分时，每搏输出量最大；心率在140～180次/分时，每分输出量最大。因此，在健康体育锻炼中，安排强度较大、持续时间不长的无氧代谢，对提高负氧债能力的锻炼也有一定的意义。

对上述结论的分析，还必须注意到由于年龄、体质的不同，所承担有氧代谢的运动负荷也应有所不同。运动负荷的计量标准，国外多采用1.卡沃南氏的公式：即接近极限负荷的脉搏次数，减去安静时的脉搏次数，乘以70%，再加安静时脉搏次数。2.以脉搏频率150次/分以下（平均130次/分）的运动负荷为指标，谋求有氧代谢能力。3.以180减去锻炼者的年龄数，作为锻炼者每分钟的平均脉搏数。采用这三种方法所得出的数据与最佳价值相近。但不论采用何种计量方法，都必须考虑到自我的感觉要舒适，并以不影响正常的工作、学习和生活为准。

五、运动过程中人体机能状态的变化规律

人体在参加体育运动过程中，工作能力和某些器官系统功能会发生一系列的规律性的变化。这些变化从赛前就开始，直到运动结束后的一段时间。按照其发生的顺序可分为赛前状态、进入工作状态稳定状态、疲劳状态和恢复状态。了解和掌握这些状态的规律性变化可使运动者发挥自身的机能水平，提高运动成绩，增强身体素质，防止伤害事故的发生。

（一）赛前状态

人体在比赛或训练前某些器官和系统产生的一系列条件反射性变化叫赛前状态。赛前状态发生的时间和强度与运动者自身的机能状态有关。如果运动者参加的比赛活动较重大，训练水平较低、比赛经验较少、心理活动激烈、情绪紧张，赛前状态发生时间就早，可能在数天前或数小时间前就产生了，而且距离比赛时间越近表现就越明显、强烈。

赛前状态的生理表现是：脉搏加快、收缩压升高、呼吸频率加快和肺通气量增加。适度的赛前状态表现出中枢神经系统兴奋性提高，植物性神经系统和内脏器官的惰性有所克服，使进入工作状态时间适当缩短，从而有效提高机体的工作能力和运动成绩；过度的赛前状态表现出过度紧张，常常有寝食不安、四肢乏力、全身微微颤抖、喉咙发堵等不良反应，造成运动者的能力和运动成绩下降。

赛前状态的产生是由于有关比赛或训练的舆论信息、场地器材、观众、广播及对手的表现等的刺激经常作用于运动者而产生。为了达到良好的赛前状态，应使运动者正确对待比赛，控制情绪。可采取如下措施：①进行心理咨询、训练；②经常参加竞赛以积累经验；③进行有针对性的和实战条件下的训练；④安排丰富多彩的活动和做好赛事前的准备活动，来缓解并消除过度的赛前状态，调节出适度的赛前状态。

（二）进入工作状态

运动开始阶段，人体各器官的工作效率是逐步提高的，这个逐步提高机体工作能力的过程就称为进入工作状态。

导致这一过程产生的原因有物理惰性因素和生理惰性因素。任何物质从静止到运动，从运动的低速度到高速度都必须克服惯性；而在运动开始以后，人体的生理功能和协调性是逐步提高。由于内脏器官的惰性比运动器官大，呼吸循环系统的许多功能指标需要2～7分钟才能达到最高水平，而运动器官在20～30秒内就可以发挥出最高工作效率，所以运动开始后，内脏器官的活动水平落后于肌肉的活动水平，不能及时为人体运动提供能量和清除代谢产物，故人体的整体机能不能马上达到最高水平。另外，动作的复杂程度对人体进入工作状态也有一定的影响。人体的随意运动都是在中枢神经系统的控制调节下实现的反射活动，相应中枢兴奋性提高，神经冲动沿着反射途径传导需要时间，动作越复杂传导的时间越长。进入工作状态越慢。

每个人进入工作状态所需要时间取决于工作的性质和个人的特点，如果运动项目复杂、个人训练水平较低、身体机能状态欠佳，则进入工作状态时间就长，外界条件（场地、气候等）也是影响进入工作状态的因素。另外，良好的赛前状态可以缩短进入工作状态时间，提高机体的工作能力。

（三）稳定状态

进入工作状态结束后，人体各种生理惰性已被逐步克服，在继续运动的过程中，人体各器官系统的机能活动在一段时间内保持在一个较高而稳定的水平上，这个过程称为稳定状态。稳定状态又分为真稳定状态和假稳定状态。

1.真稳定状态

在进行中小强度的有氧练习时，机体所需要的氧量得到满足，即吸氧量和需氧量相平衡，叫真稳定状态。这时，人体以有氧代谢供能为主，乳酸的产生和氧债积累很少或没有，人体能够维持长时间的运动（几十分钟或几个小时）。运动者的氧运输系统功能越强，真稳定状态保持时间就越长。

2.假稳定状态

需氧量受到最大吸氧量的限制，吸氧量不能满足需氧量的要求，就产生假稳定状态。在进行大强度和极量强度运动时，虽然吸氧量已达到运动者的最大吸氧量水平，并在一段时间内稳定在这个水平上，但仍不能满足运动时人体对氧的需求。在假稳定状态下无氧代谢参加供能，积累大量乳酸和欠下氧债，运动时间也就不能持久。

（四）疲劳

疲劳是一种正常生理现象。运动性疲劳是人体运动到一定阶段必然出现的运动能力及身体功能暂时下降的生理现象。疲劳对人体来说是一种保护性信号或称保险期阈，提醒人们要适当调整运动量，防止过度疲劳。

运动性疲劳的产生是一个综合性的复杂过程，和人体多方面的因素及生理变化有关。运动时，体内能量物质消耗过多会引起疲劳。如在进行2～3分钟快速极限强度的无氧练习至非常疲劳时，人体肌肉细胞内的磷酸肌酸（CP）含量可降到接近零。肌肉收缩产生的代谢产物（主要是乳酸）积累以后会引起疲劳，高浓度乳酸对人体多种生理、生化过程会产生不良影响而导致肌肉工作能力降低；工作时间过长，大脑神经细胞会由兴奋转为抑制而引起疲劳，大脑皮质神经细胞长时间兴奋会导致能量消耗增多，当消耗到一程度时大脑皮质便会产生保护性抑制。另外，人体内的水盐代谢、血液的理化指标变化等也是引起疲劳的因素。

在体育活动中要正确认识并对待疲劳，不同运动项目的供能特点各有不同，应有针对地性地发展不同项目人体供能系统的功能，以减轻并消除疲劳。一些疲劳的产生首先是在神经系统，人体在感到疲劳时机体往往尚有很大机能潜力，能源物质远未耗尽，因此，应加强意志品质与心理训练，提高身体素质，运动中注意及时调整训练内容和动作，避免人体局部负担过重；注意饮食营养的科学合理，使体内能源物质储备充分，这些措施都能达到推迟疲劳出现和缓解疲劳的目的。

（五）恢复状态

人体在运动结束后，各种生理机能和工作能力逐渐恢复到或在一定时间内稍高于运动前的水平。人体内能量物质的消耗和恢复可分三个阶段：

第一阶段：运动时能源物质的消耗多于恢复，能源物质逐渐减少，各器官系统功能逐渐下降。

第二阶段：运动停止后消耗过程减弱，恢复过程占优势，能源物质和各器官系统功能逐渐恢复到原来水平。

第三阶段：运动停止后的一段时间内，能源物质的恢复水平超过原来水平，即“超量恢复”。

一般性运动产生的疲劳恢复比较快，而一次大运动负荷训练之后，需要2～3天，甚至6～8天才能恢复。以下是促进疲劳恢复的措施和方法：

1.活动性休息

当局部肢体疲劳之后，可通过另一部分肢体的活动来加速疲劳肢体的体力恢复。局部的肢体活动可促进全身的新陈代谢，清除代谢产物，补充能量物质，加速恢复过程。

2.良好的睡眠

睡眠对体能恢复非常重要，7～9h的高质量睡眠能使身心得到很好的放松，精神和体能也能得到恢复。

3.合理补充营养

饮食中要含有较丰富的糖和蛋白质，适量的维生素和无机盐的补充对功能恢复也是必不可少的。长时间的训练和比赛所需的能量大部分来自脂肪分解，所以，不能过分限制脂肪的摄入。运动后不宜马上大量饮水，大量饮用白水会破坏体内水盐代谢平衡，影响正常生理机能，甚至发生肌肉痉挛现象。可适量饮用一些高能运动饮料。电解质运动饮料或加入少量食盐的水。

4.心理调节

心理因素对于疲劳恢复有着积极作用，可通过艺术欣赏和娱乐活动来释放不良情绪，调节心理状态。

5.采用物理恢复手段

按摩、光电疗、蜡疗有助于消除疲劳，温水浴、吸氧、空气负离子吸入都是加快机体疲劳恢复的有效措施。

第二节 健康体育的生理学基础

一、运动对神经系统的影响

1.神经系统的组成和作用

人体各器官，系统的功能都是直接或间接的在神经系统的调节、控制下完成的。神经系统在个人体内起主导作用。神经系统是由脑、脊髓以及与之相连的周围神经组成的。脑和脊髓组成中枢神经，它的最高部位是大脑皮层。在周围神经中，由脑发出的叫脑神经，由脊髓发出的叫脊神经。根据传导的方向的不同，周围神经又分为两种，由中枢神经向周围传导的神经叫运动神经（传出神经），由周围神经向中枢神经传导的神经叫感觉神经（传出神经）凡是分布在体表及运动系统（肌肉、关节）的周围性神经叫躯体神经（包括躯体感觉神经和躯体运动神经），分布在内脏的神经叫植物性神经。植物性神经根据它的功能又可分为交感神经和付交感神经。

人体的表面和内脏凡具有感觉神经末稍装置的部位，称为感受器，有运动神经末稍装置的部位叫效应器。外界环境的各种刺激作用于感受器，感受器把刺激变为兴奋传达进入中枢神经，经中枢神经的综合分析，作出相应性反应传到效应器。中枢神经这一活动，生理学上称之为反射。反射活动所经过的路线，称为反射弧，即感受器-传入神经-中枢神经-传出神经-效应器。

2.体育运动能改善神经系统的功能。

人体的一切活动，都是在神经系统的支配下进行的。反之，各种活动对神经系统也会产生相应的影响，使其机能发生一定的变化。健康体育锻炼往往要求身体完成一些比日常活动更为复杂的动作。所以，中枢神经就必须迅速动员和发挥各器官、系统的机能，使之协调以适应肌肉活动的需要。譬如：运动时胃肠的血管收缩。以保证血液重点供应运动器官，使伸肌和屈肌协调的配合更好完成动作。因此，经常参加健康体育锻炼，就能使大脑神经细胞工作能力提高，反应灵活迅速、准确协调。

3.增强体质与脑神经的关系

健康体育锻炼能增强体质，这已为科学所证实。一个人的体质、精力及工作或学习效率如何，完全以中枢神经活动的生理基础为转移。脑神经的生理活动，需要有雄厚的物质基础，就是氧气和其他营养物质的供应。脑的需氧量占全身需氧量的四分之一，约为肌肉需氧量的一、二十倍，居第一位，脑对葡萄糖的需要量也是全身最多的。脑的动脉血管很丰富，在安静状态下，心脏排出的血液量有五分之一，要输送到脑部。脑组织的机能代谢很旺盛，耗氧量较多，对缺氧也很敏感。因此大脑工作时，需要大量的氧气和葡萄糖，而氧和葡萄糖又是需要血液来输送。经常参加健康体育锻炼不仅能改善神经系统对全身各器官、系统的调节和支配作用，而且，也能增强心脏的功能，使每搏血液的输出量增加。同时，又能提高肺部的工作能力，增加肺活量，使大脑可以得到更多的氧气。

经常参加健康体育锻炼可使肌肉丰满发达，由于肌肉内所含的肌红蛋白量增高，身体又能获有更大的氧气储备能力。因此，只有经常参加健康体育锻炼，增强体质，才能保证大脑的健康和提高大脑的工作效率。

机体在任何时间内都有许多反射同时进行，尽管反射活动很复杂，但彼此都是有条不紊的，表现出高度协调。这是因为神经中枢的兴奋和抑制过程是相互制约，相互配合的结果。前面讲过，反射弧的组成是：感受器→传入神经→中枢神经→传出神经→效应器。反射弧中最复杂的部位是中枢神经这一环节。有的反射只是通过中枢神经低级部位来完成，如脊髓的某一节段。有的反射则由低级部位到高级部位-大脑皮层来实现的。有效地刺激在神经中枢引起的活动，不是兴奋就是抑制。大脑皮层的活动基本过程，就是兴奋和抑制过程，周围神经的基本活动过程也是兴奋与抑制过程。由此可见，兴奋与抑制是神经活动普遍存在的两个过程。

大脑皮层是由许多不同形态和不同功能的神经细胞组成的，大脑皮层的许多部位，在刺激的作用下，能引起人体发生某种感觉或某部分运动，大脑皮层能够引起运动的区域称为皮层运动区，引起感觉的区域称为皮层感觉区。某些区域，在刺激作用下，发生反应的神经细胞是处于工作状态，而另一些神经细胞则处于安静状态，对刺激不发生反应。生理学上称前者为兴奋，后者为抑制。兴奋和抑制是两个相互制约又互相协调的过程。我们日常生活或学习都是与大脑皮层的活动分不开的。我们在学习时，是主管这一工作的那些脑神经细胞兴奋，而在健康体育锻炼时，则主管肌肉活动的那些神经细胞的兴奋。大脑皮层由于兴奋活动为时过久，就会产生疲劳，只是那些与其兴奋有关细胞的疲劳，而不是大脑皮层细胞全部产生疲劳。我们学习时间长，便会感到头昏脑胀，注意力不易集中，思考问题变得迟钝，甚至感受到头痛，这就是兴奋过程减弱，抑制过程加强的表现。如果我们不去适应这个生理规律，而是不断地加强大脑的刺激，勉强维持它的兴奋，那就导致兴奋与抑制的紊乱，长期下去就会发生神经细胞功能衰竭。疲劳是大脑的一种保护性反应，抑制是大脑一种保护性机能，我们需要爱护自己的大脑，就必须适应兴奋与抑制这一规律。因此当学习疲劳的时候，体育活动是积极性休息的有效方法，因为在体育活动时，有关大脑皮层运动区域的神经细胞兴奋，可以因“负诱导”的作用，加强已经疲劳的神经细胞的抑制活动，使疲劳尽快消除。另外，由于运动，静脉血液回流增多，心跳加强血液循环加快，在单位时间内流过大脑的血量增多，脑细胞就可以得到更多的氧气和养料的供给。并能更迅速地将代谢物运出，加速神经细胞疲劳的消除。

二、运动对运动系统的影响

1.运动系统的组成和作用

运动系统是人们工作，劳动和运动的器官，是由肌肉、骨骼和关节所组成。运动是在中枢神经控制下产生的，但运动又强化了神经系统，使神经系统的调节作用更为灵敏和精确。

2.体育运动对骨骼结构与机能的影响

骨骼是人体内最坚实而又具有一定弹性的部分。骨膜是骨表面上一层很薄的结缔组织膜。骨的里面有造血细胞和丰富的血管及神经，它具有修补骨骼的能力。骨质内的血管是经骨膜进入的，骨膜下面是一层结构很坚实的骨密质，骨密质愈厚，力量就愈强。在骨的内层和长骨两端是结构疏松的骨松质，骨松质的形态像海棉状，它是由骨小梁纵横交错，按照受力方向排列，以保持骨的坚固而不过重。

由于经常的体育运动，促进了血液循环，加强了新陈代谢，使骨的结构及性能发生了变化。表现在骨密质增厚，使骨变粗。

骨小梁的排列由于受到肌肉的牵拉和外力的作用，排列更加规则。加强了骨的坚固性。经常性的运动，韧带在骨骼上的附着部位：结节、粗隆和其突起，变得更粗糙明显，这有利于肌肉，韧带更牢固地附着在上面。所有这些变化都有利于骨骼承受更大的外力作用也就是说提高了骨的抗弯、抗断和耐压的性能。经常参加健康体育锻炼不仅使骨变粗，还可以使骨骼增长。身材的高矮是由骨骼发育成长决定的。经常运动的青少年，比同龄的青少年，身高平均高出4-7厘米。骨骼之所以增长，是因为骨骼的两端有软质的骨骺，这层骺软骨在新陈代谢作用下，不断地骨化而变为硬骨，同时又不断增长新的软骨，因此，骨骼就不断地加长。这个变化过程在儿童和青少年时期十分明显，一般要到25岁左右骨骼才完全骨化，骨骼就不再增长了。

3.体育运动可以增强关节的灵活性和稳定性

经常进行健康体育锻炼，既能增强关节的牢固性，又能使关节更加灵活。这是因为健康体育锻炼中的许多动作都需要关节具有很大的活动幅度才能完成。健康体育锻炼可以加强关节周围肌肉的力量，以及提高关节周围韧带、肌肉的伸展性能，从而扩大关节运动的幅度和提高关节的灵活性，也同时加强了关节的稳定性。

4.体育运动对肌肉结构和形态的影响

人在安静时，肌肉每立方毫米内，开放的毛细血管只不过有80条左右，肌肉中能源物质的含量也较少。当肌肉经过较大负荷的运动之后，不仅毛细血管的口径增大，而且，也大量开放“备用”的毛细血管。这时每立方毫米肌肉开放的毛细血管可增至2000～3000条，比安静时增加三十多倍。因此，血流量大增，使肌肉血液供应良好，新陈代谢旺盛。另外，在运动过程中，机体内产生一系列的生化反应，肌肉中的水分减少，蛋白质以及肌糖元等物质增多，这就使肌肉能得到更多、更充分的营养物质的供应，从而使肌纤维变粗。肌肉体积增大，这样，肌肉就发达而有力量。健康体育锻炼，还可以提高神经系统对肌肉的控制能力，同时，肌肉对神经刺激所产生的反应，也会更加迅速和准确，使之身体的各部肌肉能以协调的配合。肌肉由于结构的变化、酶的活性加强、以及神经调节的改进，导致机能提高，表现为肌肉收缩力量大、速度快、弹性好、耐力强。

加强肌肉力量对某些疾病具有一定的预防作用。特别是腰、腹背部，如果背肌软弱无力，上体就不可能保持正直，胸部呈现收缩状态，使肺部受到压迫，影响呼吸。如果腹肌松弛无力，则容易使内脏变位如胃下垂等。经常从事健康体育锻炼还可以推迟老年性的肌肉萎缩和骨质退行性变化。保持良好的肌力和正常的脊柱外形。

三、运动对呼吸系统的影响

1.呼吸系统的组成和作用

新陈代谢是生命的基础。人体在新陈代谢过程中，不断消耗氧气，生成二氧化碳。人体如果不能从外界不断地得到氧气，并不断将代谢过程中所产生的二氧化碳排出体外，也就不可能维持正常的生命活动。这种吸入氧气和排出二氧化碳的过程，称为气体交换。呼吸系统的生理功能，就是完成这种气体交换。进行气体交换的各器官，叫做呼吸器官，整个系统称做呼吸系统。呼吸系统包括：鼻、咽喉、气管、支气管（总称呼吸道）和肺。反复进行气体交换的动作，叫呼吸运动。呼吸运动主要由呼吸肌的收缩、舒张而牵引胸廓的扩大或缩小来完成的。呼吸肌包括：膈肌、肋间肌以及腹肌、肩带肌、背肌等。

2.体育运动能有效地提高呼吸系统的功能

（1）增强呼吸肌的力量

人体在安静吸气时膈肌收缩而下降，肋间外肌收缩上提肋骨，使胸廓扩大，胸腔内的负压增加，空气经呼吸道进入肺内。

呼气时，膈肌松弛而上升，肋间外肌舒张肋骨下降，使胸廓缩小，负压减少，将肺内气体经呼吸道排出体外。不参加体力劳动和很少进行健康体育锻炼的人，由于长期缺乏锻炼，其呼吸肌会变得软弱无力，胸廓活动范围也小。而经常参加健康体育锻炼的人，随着呼吸运动的加强，其他辅助肌（腹肌、肩带肌、背肌等）也都要参加工作，这样，吸气时就能将胸腔扩大得更大，因而呼吸有力，胸围、呼吸差（深吸气时与深呼气时胸围大小之差）增大。一般人在深吸气时胸围只比深呼气多5-7厘米，而经常锻炼的人则多7-11厘米，胸腔扩大，肺内容纳的空气就多，譬如，横膈肌上下活动一厘米就有250-350毫升的气体进出。所以，经常参加健康体育锻炼，增强呼吸肌的力量和耐久力，进而提高呼吸系统的功能。

（2）肺活量的增大

由于呼吸能力的增强，因而胸围、呼吸差和肺活量（以最大努力吸气之后，再以最大努力呼气，所能呼出的气体总量）也就增大。人体进行气体交换的场所是肺小泡，两肺内的肺小泡总数约7.5亿个。在安静时人体每分钟需氧量约0.25～0.3升，这样，只需要二十分之一的肺小泡扩张就足以满足人体的需要。平时没有经常锻炼的人在运动时，他每分钟最多能摄取2.5～3升的氧气，只比安静时大十倍。而经常锻炼的人在运动时，则摄氧量可达4.5～5.5升，比安静时大二十倍，这是因为经常锻炼，细胞的新陈代谢相应加强，气体交换的需要量也将随之提高。这样呼吸肌就必须更加有力的收缩，使更多的肺泡张开，扩大气体交换的接触，保证人体运动的需要。经常进行健康体育锻炼增强了呼吸肌的力量，扩大了胸廓的活动范围，使充满气体的肺泡增多，因而肺活量增大，肺活量的增大，反映了肺贮备能力和适应能力的增强。

（3）呼吸频率的改变

肺活量的增大，意味着在每次呼吸时，都能吸取更多的氧气和排出更多的二氧化碳。肺活量大的人，在安静时的呼吸是深而慢，每分钟约8～12次。而一般人的呼吸是浅而快，每分钟大约12～18次。深而慢的呼吸，具有很多优越性，这就是在每次呼吸后有较长的休息时间，因而不易疲劳。在轻度劳动和运动时也不致出现呼吸急促，胸闷现象。一般缺乏锻炼的人，因为肺活量小，换气率（通气率）低，最大吸气量小，因此，在运动或劳动时，容易缺乏氧气而产生过多的酸性代谢物（乳酸），即使呼吸频率加快，也不能满足需要。其结果是呼吸肌过度紧张，产生胸闷气喘等现象。呼吸频率和潮气量（呼吸时，每次吸入或呼出的气量）都是直接影响肺泡通气量的因素。如果潮气量小，肺泡通气量也减少，加上停留在无效腔（鼻、咽喉、支气管均无交换气体功能，这些不进行气体交换的管腔称为无效腔）的气体，实际进入肺泡的气量就更少，即使呼吸频率加快，每次进入肺泡的气量也并不增加。如果潮气量大，则进入肺泡的气量就大，即使呼吸频率稍低，而肺泡通气量也相对有所增加。

人们在进行健康体育锻炼或劳动时，肌肉需要大量的能量。由于能量是各种营养物质通过氧化而产生的，所以，人体在进行劳动或锻炼时，需要大量的氧气。绝大多数脑力劳动者，成天伏案学习或工作，为什么也需要大量的氧呢？因为在用脑的时候，大脑单位组织的耗氧量并不比肌肉活动少，而是耗氧量很多。肺的耗氧量占全身耗氧量的四分之一，约为肌肉耗氧量的10-20倍。同时由于长时间伏案学习或工作，胸部得不到充分的扩展，会使胸腔狭窄而肺活量小，稍一参加体力活动就会气喘吁吁，劳动效率也很低，并容易患肺部疾病。因此，脑力劳动者，更应注意锻炼。经常参加健康体育锻炼不断提高呼吸系统的功能，使呼吸变慢变深，增大肺活量，这样就可以得到较多的氧。呼吸潜力增大就可以满足身体各器官的需要，当然大脑也就得到足够的氧气，使工作时不易出现疲劳现象。

3.健康体育锻炼对呼吸系统疾病的预防和治疗作用

鼻、咽喉、气管、支气管是呼吸的通道。感冒是最多见的一种呼吸道传染病。主要表现为鼻炎、喉炎、咽炎等上呼吸道感染症状，并有发烧、头痛、乏力等全身症状。一般人的鼻腔和咽喉都潜伏有一些病菌，只是由于健康人有足够的抵抗力，所以不易发病，当人体抵抗能力减弱时，病菌就会乘虚而入，首先使上呼吸道粘膜发生炎症。上呼吸道，是呼吸系统的门户，受到感染后，就会继续向支气管蔓延，常会引起支气管炎或肺炎等并发症。健康体育锻炼可以使新陈代谢更加旺盛，心肺功能增强提高身体抵抗能力，同时，还可以促使呼吸道毛细血管更加密实，以及上皮细胞的纤毛活动和肺内的吞噬能力得到加强。这样就能及时消除呼吸道的病毒，减少感染的机会。

其次，呼吸系统的常见病是气管和支气管哮喘。气管和支气管哮喘的病因，是肺组织弹性衰弱导致肺泡经常处于紧张状态，肺内积存有大量残余空气，使人不能充分吸气，呼气也很困难。因此，呼气时肺泡不能充分收缩，氧供应量就严重不足，出现呼吸功能变坏的种种症状。患有呼吸系统疾病的人，通过适合的健康体育锻炼，增进身体健康，改善呼吸系统的功能，是可以减轻自觉症状和预防病变继续发展。

四、运动对心血管系统的影响

1.心血管系统的组成和作用

心血管系统的作用是使血液在血管里不断地流动。血液只有不断地循环流动，才能从肺部获得氧气，从消化系统获得营养物质，供全身组织、细胞新陈代谢，然后，把组织、细胞在代谢过程中产生的二氧化碳以及废物从肺、肾、皮肤等处排出体外。全身内分泌腺也要通过血液循环把激素运输到身体组织发挥作用。所以心血管系统和呼吸、消化、泌尿等系统有十分密切的关系。心血管系统的任务是将血液不停地运送到全身各部分。为了完成这一任务，它不但要有运送血液的管道——血管，还应具备完成一个推动循环的动力站，这个动力站就是心脏。

2.健康体育锻炼对心脏的影响

心脏有节律的收缩是血液循环不可少的动力，心脏在胸腔中偏左，两肺中之间，横隔膜之上的位置。内部被纵行的心中隔分成左右两半而互不相通，每半又各分为心房和心室。心房与心室之间，以及心室与大动脉之间，各有一个巧妙的活门，它保证了血液只能顺一个方向的正常途径流动。

（1）对心脏结构和功能的影响

经常进行健康体育锻炼的人，心脏的容量以及心脏的直径，它和骨骼肌一样逐渐增大，这种增大称之为运动性心脏或叫心肌营养性肥大。运动性心脏重量、容量以及心脏直径的增大，是心脏对剧烈的血液循环与大量输氧的形体性与功能性的适应。一般正常人的心脏横度是11～12公分，而经常锻炼的人是13～15公分，心脏重量可由一般人的300克，增加到400～450克，心容量可由一般人的765～785毫升，增加到1015～1027毫升。心脏运动性肥大的原因，是因为在经常的锻炼中，心肌经常进行强烈的收缩，同时由于血压升高冠状动脉（供应心脏本身血液的血管）舒张，增加了冠状动脉循环的血流量，心脏的氧气和营养物质得到充分的供应。例如：平时冠状动脉的血流量约占心输出量的8～10%。在运动时心输出量增加，冠状动脉的血流量也增加，可达安静时的十倍左右。锻炼使心肌纤维变粗，心容积增大，收缩力增强，这些对维持心脏的高度工作能力，有很大的作用。

（2）对心搏频率、心输出量的影响

由于心肌增厚而收缩有力，每次射出的血液增加，因而，在安静时心跳次数减少。正常成年人安静时心跳频率，每分钟约为65～75次，经常锻炼的人心跳频率比一般人慢，约50～65次之间，个别运动员更少，心脏同时受交感神经和副交感神经的支配，前者使心跳加快，后者使心跳减慢，这两种神经的中枢都经常发出冲动到心脏，控制心跳频率，如果副交感神经中枢对心脏经常发出冲动增多，交感神经的作用也就相应减弱，结果是心跳减慢。心跳频率的减少，实际上就增加了心脏的休息时间。例如：一般人心跳频率75次，每个心动周期（一次心脏跳动的时间，包括收缩期和舒张期）为0.8秒，其中心室收缩为0.3秒，心室舒张为0.5秒，而经常锻炼的人，心跳频率为50次，每个心动周期为1.2秒，一般心跳变慢时心室收缩并不延长，仍然为0.3秒，而心室舒张却增加到0.9秒。因而延长了心脏休息时间。经常锻炼的人，在安静时心跳频率虽然减少，可是，每分钟从心脏射出的血液量却不低于一般人，仍然保证机体的血液供应，在轻度活动时，主要靠每搏输出量来提高心输出量，心跳次数增加不多。而缺乏锻炼的人，由于心肌力量弱，则主要靠加快心跳频率来提高心输出量，稍一活动就会出现心跳、气急现象，容易疲劳，不能长时间地保持旺盛的体力。如果活动加剧，心跳每分钟增加到160-180次就会感到难受，出现脸色苍白，甚至恶心，呕吐等现象。而经常锻炼的人在剧烈活动时，心跳每分钟可增加到200次以上，每搏输出量可达150～200毫升，每分钟输出量可由安静时的4.5～5.5升，增至40升左右，这些是缺乏锻炼的人所达不到的。可见经常锻炼者的心脏活动潜力很大，它能适应时间长、强度大的活动。

（3）对血管弹性的影响

血管是供血液流通的道路。血液循环过程中，除心脏是一个动力外，还必须由血管连成循环路径来实现它的功能。血管分动脉、静脉管及毛细血管，它分布全身。血压是血液对血管壁所引起的侧压。经常健康体育锻炼，中枢神经系统对血液循环器官的调节机能得到改善，使动脉血管弹性增强，减小了小动脉管的紧张度，血流的外周阻力减少，一般成年人在安静时的血压介于100～120/60～80毫米水银柱。而经常锻炼的人比一般人可低到85～105/40～60毫米水银柱。由于运动时肌肉有节奏的收缩和放松，呼吸较深，胸内负压较大，这些因素都能加快静脉回流，例如：安静时血液沿体内循环一周约18～20秒，而运动时体内循环时间可缩短到9～10秒。不经常参加锻炼的人则不同，他们的心脏在很快的心跳频率下，心肌收缩力反而减弱，每次输出量增加不多。另一方面，不经常参加锻炼的人，活动着的肌肉中的血管开放不完全，末稍阻力增加，心脏每次射出的血量不能在很短时间内流出大动脉，动脉壁回缩受到阻碍。因此，不经常参加锻炼的健康人，收缩压为100～120水银柱，而经常锻炼的人收缩压低到85～105水银柱，血管弹性增强，可以减少血流阻力，提高血流量有利于血液循环。

3.健康体育锻炼有预防和治疗心血管系统疾病的作用

经常进行健康体育锻炼的人，发生高血压病的比较少。这是因为通过肌肉活动对大脑皮层的影响，使调节血管收缩和舒张的神经中枢活动趋于正常，使血压下降。另外，在运动过程中，肌肉收缩产生一些化学物质（三磷酸腺苷、组织胺等），这些物质流入血内有扩张血管的作用，从而，使血压下降。因此，健康体育锻炼可以预防高血压病的发生。冠心病是目前常见的多发病，随着年龄的增长（但也不限老年人）发病率不断增高，患冠心病的因素，从现在越来越多材料证明，就是：肥胖超重、高血压、高血脂等。而健康体育锻炼可以促进新陈代谢，增加脂肪的利用而不积存，增加纤维蛋白溶解酶的活动，防止血栓的形成。所以，健康体育锻炼是保持正常血压，克服胆固醇过高的积极手段，它有助于预防心血管系统疾病的发生。

健康体育锻炼既然可以预防心血管系统的疾病，它也可以作为治疗的一种手段。冠心病的发生，一般是由于冠状动脉内膜受损，血脂沉积，血管内皮增生，冠状动脉粥样硬化，致使冠状动脉管腔狭窄或阻塞。由于冠状动脉粥样硬化的进一步发展，容易引起栓塞、心肌严重缺血。因而，引起心肌局部坏死。适当的健康体育锻炼，可以促进新陈代谢，增加脂肪的利用而不积存，增加纤维蛋白的溶解酶的活动，这就有利于控制动脉粥样硬化的进一步发展，还可以使患冠心病的人的心脏功能得到改善。扩张冠状动脉，有利于侧支循环的形成，改善心肌供氧状况。无论是高血压或冠心病患者，适当的健康体育锻炼，无疑是有益的，但关键在于“适当”。

六、运动对消化系统的影响

（一）消化系统的组成和作用

人体在整个生命活动中，除了需要和环境进行气体交换外，还必须不断的从外界吸取营养，以供新陈代谢的需要。消化系统的功能是消化食物、吸收养料、排出糟粕。消化系统的作用是人体新陈代谢正常进行的保证。

消化系统包括：消化管和消化腺。消化管由口腔，咽，食管，胃，小肠，大肠，肛门所组成。消化管的运动起着接受食物，将食物磨碎、搅拌，使食物与消化液充分调合，并不断向肛门推送，称之为物理性消化。消化腺，有唾腺、胃腺、胰腺、肝、肠腺等，分泌各种消化液。在消化液中主要含有各种消化酶，将食物中糖类、脂肪、蛋白质水解成可以吸收的简单物质，称之为化学性消化。食物在消化管内进行分解的过程为消化。食物经过消化后透过消化管壁进入血液循环的过程，称之为吸收。消化过程是通过神经和体液的调节，而消化的各环节无不受大脑皮层的管理，大脑皮层在消化过程中，同其它系统的活动一样，占有主要的地位。

（二）体育运动对消化系统的良好作用

体育运动对消化系统具有良好的作用，由于健康体育锻炼，体内的代谢活动加强，能量物质大量消耗，这就需要消化器官加强功能，更好地吸取食物的养料，以满足机体的需要。健康体育锻炼也可使大脑皮层等神经系统得到改善，锻炼时情绪愉快，以及锻炼后对植物性神经工作能力的加强，消化系统在神经和体液的调节下，使消化器官的物理性消化和化学性消化加强。如：消化腺分泌的消化液增多、消化管道蠕动加强。因此，促进了对食物更好的消化和吸收。另外，由于运动时对呼吸活动的加强，而需要横膈肌和腹肌的活动范围增大，这种活动的增大对肝脏和胃肠起着按摩作用，有利于消化。只有消化、吸收和排泄等功能的加强，才有可能保证体内物质代谢的正常进行。但是如违背生理活动规律而进行不适当的健康体育锻炼，对消化系统也会产生不良的影响。

（三）健康体育锻炼是预防和治疗消化系统疾病的积极手段

消化和吸收，是由中枢神经通过交感神经和副交感神经来管理的。但是，大脑皮层对它有很大影响。譬如：精神抑郁、忧虑或情绪过分紧张、激动的时候，消化液分泌就会减少，肠胃蠕动也不正常。我国医学就非常重视精神因素对脏腑活动的影响。“思伤脾”就明确指出，抑郁、忧虑等情绪，可使脾胃功能下降，引起消化、吸收功能的紊乱。健康体育锻炼时，愉快兴奋的情绪，抑制那种忧虑、抑郁情绪，并在大脑皮层的调节下，可使脾胃功能得到增强。另外，健康体育锻炼能增强腹肌和盆腔肌的力量，使腹腔内的消化器官保持正常位置，并能强化消化道的平滑肌作用。这些就能有效的防止内脏下垂和便秘等疾病的发生。

第三节 健康体育的健康学基础

一、影响人体健康的因素

影响人体健康的因素是多方面的，主要是遗传、环境、健康体育锻炼等几个方面，其中影响人体健康最积极的因素是健康体育锻炼。

（一）遗传因素

遗传是生物的一种属性，是指亲代的遗传基因在数目上、顺序上和排列上的一致性向后代的传递。子女在很多方面都与父母有相似之处就是遗传所致，在肤色、外貌、身高、体重、身体素质、运动能力、身体基本活动能力、性格、气质、寿命长短等方面都具有不同的遗传性。正因为如此，后代才能继承前代的性状，使人类保持相对稳定的特征。男子在23～25岁，女子在20～23岁身体发育基本结束。男、女均在50岁前后出现更年期等，都是受先天遗传所制约的。但是，生物遗传是一个相当复杂的过程，由于遗传基因受条件的影响，在排列组合上发生变化，结果使亲代与子代之间、子代的各个体之间不完全相同，这种现象称之为变异。所以世界上不存在完全相同的人体，子女虽然像父母，但又不完全像，子女之间有相像的部分，但又各不相同。这种变异是生物体发展、进化的基础。优生学就是根据生物遗传与变异的内在规律，使亲代之间的优越因素繁衍传递，使不良因素受到抑制，从而改善后代的先天素质。经常进行健康体育锻炼的人，不仅能促进人体健康发展，而且能改善后代人的体质基础。

遗传与变异是人体发展与进化的客观规律，也是生物进化的主要动力，所以在研究影响人体健康的因素中遗传因素是不可忽视的。

（二）环境因素

环境与遗传因素是否能得到充分的发展有着密切的关系，适宜的环境可以使遗传因素成为人体发展的潜在可能性变成现实，不适宜的环境可以限制这种潜在可能性的实现。人类的生活环境包括自然环境和社会环境。这两种环境对人体的发展都具有极其重要的作用。其中社会环境对人体的发展更具有特殊意义。

自然环境是指人类生态系统中围绕着人类周围的各种自然因素的总和。如水、土、日光、空气等。这些因素都是人体生长发育不可缺少的条件，没有它人体就无法存在。自然条件的好坏对人体健康影响甚大，很多地方病就是因为自然环境不好所引起的，如“大关节病”、“大脖子病”等。随着工业的发展、废气、废水等使自然环境受到越来越严重的污染，因此而影响人体健康的事例屡见不鲜。城市人口集中，高楼林立，人们的生活和工作条件发生变化，缺少充足的阳光照射，这些都严重威胁着人体的健康。从国内外调查资料发现，长寿者大多数居住在农村、山区和海滨。主要是由于这些地区阳光充足，空气新鲜，环境优美，生活宁静，科学家还发现这些地区空气中负氧离子含量较多，这些都对人体健康长寿有益，我国新疆阿克苏地区七八十岁老人很普遍，百岁老人也多。世界三个长寿地区：苏联的外高加索；巴基斯坦的欣扎地区；厄瓜多尔的贝尔卡邦巴地区，其自然环境也是如此，所以能使人健康长寿。

但是，起决定作用的是社会环境，是人们的物质生活条件。

人类社会为人体的发展提供了必要的衣、食、住、行等物质条件，离开人类社会的环境条件，人体的遗传因素就不可能得到发展。例如“狼孩儿”。在印度加尔各答曾经捕到过一个狼孩儿，这个小孩从小被狼衔去，侥幸存活下来，由狼哺育长大，具有很多狼的习性。她不会说话，只会嗥叫；不会直立行走，只会四肢爬行。害怕强烈的光亮，白天蜷缩在屋角睡觉，喜欢在夜间活动，她在黑暗中感到很自在。赤身露体，不怕冷也不怕热，天气最冷时睡觉也不盖被子。不吃素食，见到生肉就扑去贪婪地吞食，食物扔在地上她才肯吃，在她吃东西的时候，如果有人接近，她就露出牙齿，显现出一副凶恶的面孔。她喝水用舌头舐，从不用手。她不和其他孩子一起玩，愿意和狗在一起，在同一个钵子里吃东西。开始到孤儿院时，总想寻找出路逃回丛林中去。六年后才学会直立行走，经过四年语言训练才学会六个字，人们花费很大的功夫才帮助她逐渐恢复了人性，诸如吃东西用手拿，喝水用杯子等。她本来是人，但由于脱离了人类社会环境，生活在野兽之中，所得到的是野兽的习性。后来由于在人类社会环境中生活才又恢复了人性。可见，社会环境对人体发展的重要性。

不同的社会制度和不同的政治、经济地位对人体健康的影响也是很大的。我国解放前政治腐败，经济落后，物质生活水平低，人们体质差，帝国主义者称我们是“东亚病夫”，当时平均寿命只有35岁。解放后，由于社会环境的改变，人民物质生活条件的提高，人民体质增强。据有关资料介绍，1979年北京市人民平均寿命为70～72岁，比旧中国人民平均寿命35岁廷长了一倍，就是明显的证明。