第三章 高校体能训练的生理学基础

第一节 体能训练的生理学基础

一、耐力训练的生理学基础

（一）耐力及其评价指标

耐力是指人体持续运动的能力，它是人体健康和良好体能的重要标志，同时也是影响生活质量和众多竞技项目尤其是耐力性项目运动成绩的重要因素。耐力的分类有多种方法，按照耐力与运动专项间的关系，通常分为一般耐力和专项耐力；按照耐力运动所涉及的人体主要器官和系统，分为肌肉耐力和心肺耐力；而按照运动时体能代谢的特点，则可分为有氧耐力和无氧耐力等。

耐力评价指标通常依照耐力分类方法而有所不同。一般耐力通常以持续完成运动的时间或距离加以判断，如常用的耐力跑的时间或12 min跑的距离等；有氧耐力和心肺耐力通常与个人的最大吸氧量和无氧阈有密切关系，因此常以该两项指标进行评价；无氧耐力一般以无氧性运动的成绩结合血乳酸浓度的变化加以评价；而肌肉耐力通常依据肌肉完成规定强度的练习次数、平均做功能力或者表面肌电信号平均功率频率变化斜率等物理和生理指标进行检测与评价。

（二）影响耐力的生理学因素

耐力受多种因素的影响，除与个体个性心理特征、运动技能水平和战术应用等有关以外，影响耐力的主要生理学因素包括：

1．有氧耐力

（1）氧运输系统的功能水平

氧运输系统由呼吸、血液和循环3部分组成，主要完成氧气、营养物质和代谢产物的运输功能，是决定有氧耐力的核心因素。氧运输系统的功能水平即最大氧运输能力主要取决于血液的载氧能力和心脏的泵血功能。血液载氧能力与血红蛋白含量的高低有关，1g血红蛋白可以结合1.34ml氧气，血红蛋白含量越高，血液结合的氧气就越多。一般成年男性血红蛋白含量约为15 g/100ml血液，血氧容量约为20ml氧/100ml血液，女性和少年儿童不及成人。优秀的耐力项目运动员的血红蛋白含量通常比一般人或其他项目运动员高，可达16g/100ml血液以上，因此其血液的载氧量也比一般人多。心脏的泵血功能主要表现为最大心输出量（即心脏每搏输出量与心率的乘积）。最大心输出量越大，外周肌肉组织单位时间内获得的血流量越多，氧气的运输量也越大。运动生理学研究发现，优秀的耐力项目运动员的心室腔容积和心室壁厚度都较非耐力性项目运动员和一般人大（图3-1）；心脏每搏输出量约为150～170ml，一般人为100～120ml。此外，优秀耐力选手的心肌收缩力也较大，射血速度也较快，运动时心率即使高达200次/min，每搏输出量仍不减少，这些都是其具有较高的氧运输功能的生理学基础。以评价氧运输系统的功能水平的生理学指标VO2max为例，一般人VO2max的相对值约为50～55 ml·kg－1·min－1。

（2）骨骼肌的氧利用

当毛细血管血液流经肌肉组织时，肌肉组织可以从中摄取和利用氧气。生理学研究表明，肌肉组织摄取和利用氧气的能力主要与肌纤维类型及其有氧代谢能力有关，I型肌纤维比例高，有氧代谢酶活性高，肌肉组织摄取和利用氧气的能力也强。优秀的耐力项目运动员慢肌纤维百分比高，线粒体数量多，有氧氧化酶活性高，毛细血管分布密度大，因此其摄取和利用氧气的能力比较高。目前认为，心输出量是影响有氧耐力的中心机制，而肌纤维类型的百分构成及其有氧代谢能力则是决定有氧耐力的外周机制。

一般认为，无氧阈能够在一定的程度上整体反映运动时骨骼肌的氧利用能力，以无氧阈的最大吸氧量相对值表示法为例，比值越高，反映肌肉的氧利用能力越强。一般人的无氧阈约为65%最大吸氧量，而优秀耐力运动员可高达80%最大吸氧量以上。

（3）神经系统的调节能力

耐力运动要求运动员的神经系统具有长时间保持兴奋和抑制节律性转换以及运动中枢与内脏中枢的协调活动能力，借以保持肌肉收缩和舒张的良好节律以及运动器官和内脏器官活动之间的协调和配合。研究表明，耐力训练能够有效改善神经系统的调节功能，使其活动更加适应耐力运动的需要，这正是耐力运动员能够坚持长时间坚持运动的生理学原因之一。

⑷能量供应

耐力性运动的能量绝大部分来自于肌糖原和脂肪的有氧氧化。研究表明，肌糖原含量不足可以明显影响耐力性运动的成绩；相反，增加肌糖原储备、提高有氧氧化的能量利用效率、节约肌糖原利用以及提高脂肪利用比例等均能够有效地提高机体的耐力水平。

⑸年龄与性别

发育过程中，以最大吸氧量绝对值表示的机体最大摄氧能力随年龄增长而增加，男生约在16岁，女生约在14岁时达到顶峰。14岁时，男女最大吸氧量绝对值的差异约为25%, 16岁时高达50%（图3-2）。但若如以相对值“ml·kg－1·min－1”表示，男生在6～16岁期间最大吸氧量稳定在53ml·kg－1·min－1水平，而女生则从52.0ml·kg－1·min－1逐渐下降到40.5 ml·kg－1·min－1，这一差距可能与女性体内脂肪贮量随年龄增长的速度快于男生有关。25岁以后，最大吸氧量以约每年l%的速度递减；55岁时，最大吸氧量较20岁时平均减少约27%。

⑹能量利用效率

能量利用效率是指单位耗氧量条件下的机体做功能力。研究表明，多数耐力项目运动员运动成绩的差异，65%是因为能量利用效率的差异造成的。如考斯蒂尔的一项研究发现，两个最大吸氧量相对值相同的马拉松运动员，他们在跑马拉松时均使用了85%的V02max，但其中一人的能量利用效率高，结果比赛成绩比另外一人快了13 min。

2．无氧耐力

（1）骨骼肌的糖无氧酵解供能能力

无氧耐力的主要能源来自于肌糖原的无氧酵解，后者主要受肌纤维百分构成和糖酵解酶催化活性的影响。研究表明，从事不同代谢性质运动项目训练的运动员，其肌纤维百分构成和糖酵解酶活性有明显的项目特征（表3-1），说明以上两项因素在决定无氧耐力方面发挥重要作用。

（2）对酸性物质的缓冲能力

肌肉糖酵解可以产生大量的H+，它们可以在肌细胞内大量累积，还可以扩散到血液中，从而造成肌肉和血液中的酸性物质增加，干扰细胞内和人体内环境的理化性质。人体肌肉和血液中都存在着中和以上酸性物质的缓冲物质，它们是由弱酸（如H2CO3。）以及弱酸与强碱生成的盐按一定比例组成的混合液，具有缓冲酸、碱物质，保持pH值相对恒定的作用。研究表明，经常从事无氧耐力训练可以提高机体的耐酸能力，从而提高无氧耐力。但是，目前还没有研究证据表明无氧耐力训练能够提高机体的酸碱缓冲能力。专家推测，运动员耐酸能力的提高可能是运动训练强化了他们对“酸性物质引起的心理不适感”的耐受能力所致。

（3）神经系统对酸性物质的耐受能力

肌肉和血液中的缓冲物质能够在一定的程度上缓解酸性物质在体内的快速累积，但是最终无法阻止肌肉和血液的pH值向酸性方向发展。安静状态下人体血液pH值平均为7.4，骨骼肌细胞液的pH值为7.0左右。剧烈运动时，骨骼肌细胞内和血液pH值均可能发生明显变化，骨骼肌细胞液的pH值可能降到6.3，血液pH值可能降到7.0左右。研究表明，神经系统对运动肌的驱动和对不同肌群活动的协调作用是影响无氧耐力的一个重要因素，大量酸性物质能够影响神经系统的上述功能，从而影响运动过程中运动单位的激活和中枢控制的协调性。经常从事无氧耐力训练，可以提高神经系统对酸性物质耐受能力。

（三）耐力训练应注意的生理学问题

1．耐力训练的生理负荷强度

从运动生理学理论出发，有氧耐力训练的目的在于提高机体的最大氧摄取和利用能力，无氧耐力训练的目的在于提高机体的糖无氧酵解供能和酸性物质耐受能力，而实现以上训练目的的最重要因素是合理制定和控制耐力训练的生理负荷。一般情况下，有氧耐力训练生理负荷的制定通常是以刺激心脏做功、增强泵血功能和提高外周肌肉氧利用能力为依据的。在以发展一般耐力或者改善心肺功能为目的健身运动中生理负荷强度一般控制在个人最大吸氧量（VO2max）的60%～80%、最大心率（HR max）的70%～90%或者心率储备（HRR，即最大心率与安静状态心率之差）的60%～80%之间，而以增强有氧运动能力和提高有氧耐力成绩为目的的竞技运动训练时生理负荷强度通常稍大一些，控制在个人最大吸氧量的80%～90%之间。VO2max、HR max和HRR之间的关系参见表3-2。而改善无氧耐力最适宜的生理负荷强度通常以长时间保持较高水平血乳酸浓度为判别依据，一般以持续时间为0.5～2 min的最大运动负荷运动，辅以适当间隔的间歇训练法进行训练。

2．耐力训练期间的营养

营养是维持正常人体生命活动和健康的重要物质基础，也是促进运动员身体机能恢复的有效手段。耐力训练具有持续时间长、热量与各种营养物质消耗大和体内代谢过程比较稳定的特点。其中，耐力训练的能量代谢通常以有氧氧化为主，肌糖原的消耗量比较大，蛋白质分解代谢加强，氨基酸转变为葡萄糖的速度加快，脂肪供能的比例随运动时间的延长而增加。因此，食物中应注意加强糖类物质的补充（热量比例约为总热量摄入的70%），相应增加维生素B、维生素C和各种矿物质的摄入，食物中还应含有适量（热量比例约为总热量摄入的30%）的脂肪以缩小食物体积和减轻消化道负担。

3．呼吸肌疲劳与耐力运动成绩

人的呼吸肌可分为吸气肌和呼气肌。吸气肌主要有膈肌、肋间外肌和胸锁乳突肌；呼气肌主要有肋间内肌和腹肌，另外还有辅助呼吸肌包括颈部、背部及肩带肌肉。正常人在安静状态下吸气是主动的，呼气是被动的，而运动过程中用力呼吸时吸气和呼气都是主动进行的。正常吸气时，膈肌所起的作用占吸气肌的60%～80%，因此膈肌是最主要的呼吸肌。

呼吸肌是肺呼吸运动的动力泵，大量研究发现与四肢骨骼肌一样，呼吸肌在一定条件下也会发生疲劳，表现为呼吸肌收缩力下降，收缩速度减慢。而有针对性地进行呼吸肌耐力训练，不仅可以提高呼吸肌的抗疲劳能力，还能有效改善人体耐力运动的成绩。目前研究认为，通过对呼吸肌耐力的训练，改善耐力运动成绩的生理机制主要表现在以下两个方面：一是呼吸肌耐力训练能够有效改善呼吸肌的有氧代谢能力，提高氧气利用效率，从而使运动时分流到呼吸肌的血流减少，增加主要运动肌的血液供应；二是呼吸肌耐力训练能够提高其对血乳酸的摄取和利用，从而使运动时血乳酸浓度降低。

4．高原训练与耐力

高原训练是一项直接和间接利用高原缺氧对机体氧运输和代谢等功能的影响来提高人体运动能力的有效训练手段。高原训练始于20世纪50年代，早期的高原训练主要把运动员直接置身于高原缺氧环境之中进行训练，以提高身体运动能力。之后，为有效克服高原训练造成的运动员过度疲劳、肌肉萎缩和训练强度低下等缺点和不足，先后有人提出了一些新的高原训练观念和方法。例如，在平原地区进行的各种仿高原训练和高住低训等。虽然目前学术界对于该训练方法能否有效提高最大吸氧量还存有争议，但是运动生理学的研究发现，高原训练能够有效增加血液红细胞数量、提高血红蛋白含量、改善心脏泵血功能和提高骨骼肌无氧代谢能力。

5．主要耐力训练方法的生理学特点

（1）持续训练法

持续训练法是发展耐力，尤其是有氧耐力的主要方法。持续训练法的特点是练习时间长且不间断、运动强度适中而运动负荷相对较大。根据训练中练习强度的保持情况，持续训练法还可以进一步分为匀速训练法和变速训练法两种。前者的练习强度基本保持不变且一般保持在有氧代谢范围之内，此时的心率大约在150～170次·min－1ml之间，练习持续时间在20～30 min以上，这种方法常被用于一般有氧耐力训练；后者是在较长时间的持续运动中，有规律地变换练习强度的耐力训练方法，一般的强度变化范围是在个人最大强度的70%～95%之间，此时心率约为140～180次·min－1ml。在采用这种训练方法时，如果练习强度处于有氧代谢范围内，其训练效果与匀速训练法相同；而当练习强度超过有氧代谢范围时，则对发展无氧耐力有较好的作用。

（2）间歇训练法

间歇训练法是指在两次练习之间安排适当的间歇休息，在身体机能尚未完全恢复的情况下开始下一次练习的训练方法。由于间歇训练法对练习强度、重复次数、训练组数和间歇休息的时间和方式均有严格的规定，且身体机能始终处于较高活动水平，故这种训练对机体氧运输系统活动和能量代谢过程均有较大的影响，是发展耐力素质的常用方法。采用间歇训练法进行耐力训练时，如果练习强度在有氧代谢范围内，主要用于发展有氧耐力；如果运动强度超过有氧代谢，则主要用来发展无氧耐力。以发展无氧耐力为例，练习的持续时间一般为0.5～4 min，练习强度接近比赛强度，练习之间的间歇休息时间要短，保证机体在尚未完全恢复的情况下重复练习。完成这类间歇训练时，神经肌肉系统可以在高乳酸浓度状态下进行长时间工作，从而有助于发展其耐受乳酸和抗疲劳的能力。

（3）重复训练法

重复训练法是一种反复多次进行同一练习的运动训练方法，与间歇训练法一样，该方法也在每次练习之间安排休息间歇。但是与间歇训练法不同的是，重复训练法要求运动员在间歇休息期间身体机能完全恢复后再开始新的练习。重复训练中练习强度、练习次数和运动负荷的控制取决于训练的目的，发展有氧耐力的重复训练练习强度多在有氧代谢范围，而发展无氧耐力的多在无氧代谢范围。多数情况下，重复训练法主要用于发展无氧耐力，原因是重复训练法的间歇休息时间长，运动员身体机能的恢复充分，能够承受较大强度的运动。但是，由于一次又一次的重复练习是在体内堆积的乳酸已经大部分被消除的情况下进行的，因此对改善运动员耐受乳酸能力的作用不及间歇训练法。

二、肌肉力量训练的生理学基础

（一）肌肉力量及其检测与评价

肌肉力量，简称肌力，是指肌肉收缩时依靠肌紧张来克服和对抗阻力的能力。肌力的表现形式与肌肉的收缩形式有关，如果肌肉收缩时长度不变且产生的张力等于外部阻力，此种形式的肌肉收缩叫等长收缩；如果肌肉收缩时长度变短，但肌肉的张力保持不变，叫等张收缩；如果肌肉在其活动范围内以恒定速度进行最大收缩，叫等速收缩。等长收缩、等张收缩和等速收缩条件下肌肉克服和对抗阻力的能力被定义为等长肌力、等张肌力和等速肌力，它们是肌肉收缩功能评价的主要生理学指标。

等长肌力，又称静态肌力，简称静力，在体育活动和日常生活许多活动中如竞技体操的“十字支撑”和“直角支撑”、武术的“站桩”、日常生活中的“静坐”等发挥重要作用，是常用的肌力评价方法。等长肌力测定主要包括握力、背力、臂力和腿部力量等。常用的测量手段主要包括握力计、背力计和钢索测力计。

等张肌力，俗称动态肌力，由等张收缩得名。严格地讲，人体肌肉对抗阻力收缩时，由于关节角度、收缩速度等因素的变化，在整个运动范围内，肌肉以同样的力量进行收缩是不可能的，即不存在严格意义上的等张收缩，更谈不上严格意义上的等张肌力。然而，由于习惯，目前人们仍使用这一术语反映动态肌力。在运动训练和肌力评价中，常用的等张肌力测定包括握推、挺举、负重蹲起等，而等张肌力的评价通常以能够一次成功举推的最大重量，即1次重复重量（one repetition maximum,1 RM）的大小表不。

等速肌力是1969年由Hislop和Perrine提出并建立的一种关节运动速度恒定而外加阻力呈顺应性变化的动态运动概念和动态肌力评价方法。测试时等速肌力测试仪所产生的阻力与肌肉收缩的实际力矩输出相匹配，从而使肌肉在整个关节活动范围内或处于各种不同角度时均能承受相应的最大阻力，产生相应的最大张力和力矩输出。其中，在整个关节活动范围内最大力矩输出的一点可以反映肌肉的最大动态收缩力。利用等速肌肉力量测试系统评价肌肉力量通常是在慢等速（60°/s）和快等速（180°～300°/s）两种条件下进行的，前者主要用于评价最大肌肉收缩力量，后者用于评价肌肉耐力。

（二）影响肌肉力量的生理学因素

1．最大肌肉横断面积

最大肌肉横断面积是指横切某块肌肉所有肌纤维所获得的横断面面积，它是由肌纤维的数量和粗细来决定的，通常用平方厘米（cm2）表示。据研究，最大用力收缩条件下人体每平方厘米横断面积的肌肉可以产生3～8 kg的肌力。因此，一般条件下肌肉的最大横断面积越大，肌肉力量也越大，两者接近正比例关系。力量训练可以提高肌肉力量，原因之一就是可以增大肌肉横断面积。然而，肌肉横断面积作为影响肌肉力量的因素之一并不能完全解释力量训练中所表现出的所有生理学现象。例如，研究发现力量训练引起男、女性肌肉力量的增长百分比相似（20%～40%初始水平），但是女性肌肉体积的增加不及男子；力量训练可以使儿童和老年人肌肉力量明显增加，但是不伴有肌肉体积等比例增加；此外，力量训练具有明显的“交叉转移”现象，即一侧肢体的肌肉力量训练不仅可以引起被训练的肢体肌肉力量增强，还可以使对侧未被训练的肢体肌肉力量增加。以上事实说明，肌肉横断面积或者肌肉体积本身不是决定肌肉力量大小的唯一生理学因素。

2．肌纤维类型

骨骼肌纤维可依据其收缩的特性不同分为快肌和慢肌两大类。其中快肌纤维较慢肌纤维能产生更大的收缩力。因此，骨骼肌中快肌纤维百分比高及其横断面积或直径大的人，肌肉收缩力量也大；而慢肌纤维百分比高的人则肌肉力量较小。一般情况下，人体四肢肌肉的快、慢肌纤维类型百分比构成大致相等，但因受遗传和后天训练因素的影响，耐力项目运动员的肌肉通常含有较高比例的慢肌纤维，而短跑和爆发力项目的选手拥有较多的快肌纤维（图3-3）。此外，研究发现在力量训练的影响下，快肌和慢肌的纤维横断面积和收缩力量均可以发生相应的增加，但是快肌纤维增加的速度快于慢肌，因此具有更好的力量训练适应性。

3．肌肉初长度

人的肌力大小与肌肉收缩前的初长度有关。在一定范围内，肌肉收缩的初长度越长，则肌肉收缩时产生的张力和缩短的程度就越大。这一方面是因为肌肉拉长时，肌梭将感知肌纤维长度变化产生冲动，通过牵张反射机制提高肌纤维回缩力来对抗拉力；另外一方面，肌肉本身是一种弹性组织，在受到快速牵拉时具有弹性回缩的作用。在运动实践中，如挺举前的下沉动作，扣球前做背弓动作时的体前肌群预先拉长，投掷前做超越器械动作时，体前肌群的主动拉长，以及做踏跳、推手、落地等动作前主动肌的预先被动拉长等均是通过有效利用该因素的作用而获得更大的收缩力。

4．神经因素

（1）中枢驱动

中枢神经系统动员肌纤维参加收缩的能力称为中枢驱动。人体肌肉在进行最大用力收缩时，并不是所有的肌纤维都同时参加收缩，动员参与活动的肌纤维数量越多，则收缩时产生的力越大。缺乏训练的人只能动员肌肉中60%的肌纤维同时参加收缩，而训练水平良好的人可以动员肌肉中90%以上的肌纤维同时参加收缩。中枢驱动作用主要表现为支配肌肉的运动神经元放电频率及其同步化的变化，研究表明力量训练能够有效提高运动神经元的放电频率（图3-4），从而增强中枢驱动能力。

（2）神经中枢对肌肉工作的协调和控制能力

运动中完成一个最简单的动作也需要许多块肌肉共同来实现。不同的肌肉群是由不同的神经中枢支配而进行工作的，不同神经中枢之间的协调关系得到改善，就可以提高主动肌与对抗肌、协同肌、固定肌之间的协调能力，使上述肌肉群在参加工作时能各守其职，协调一致，发挥更大的收缩力量。此外，近年来研究还表明，受力量训练的影响，主动肌运动单位活动的同步化程度也可明显提高，从而使肌肉收缩产生更大的力量。

（3）中枢神经系统的兴奋状态

中枢神经系统兴奋性提高，即情绪高度兴奋时，会导致肾上腺素、乙酰胆碱等其他一些生理活性物质大量释放，这也是影响肌肉力量的重要因素。人在极度激动或危险紧急情况下，发挥超大力量的现象已众所周知。生理学家认为，这种现象可能是因为情绪在极度兴奋时，肾上腺素分泌大量增加，使肌肉的应激性大大提高，同时更重要的是中枢发出了强而集中的神经冲动，迅速动员“储备力量”，从而使运动单位成倍地同步动员并投入工作。

神经因素在力量训练引起肌肉力量增加方面的作用主要表现在儿童少年时期和力量训练适应过程。目前研究发现，儿童少年时期肌肉体积的增长速度落后于肌肉力量的增加；儿童少年运动员在力量训练引起肌肉力量增大的同时，肌肉体积没有产生相同程度的变化。以上事实说明神经系统功能的完善在肌肉功能的发育方面发挥了重要的作用。此外，力量训练早期，肌肉力量增加的同时并不伴有肌肉体积有明显的增加，而在后期力量的增加则更大程度上受肌肉体积的影响，说明力量训练的早期和晚期人体具有不同的适应机制（图3-5）。

5．年龄和性别

（1）年龄

力量素质的发展有着明显的年龄特征。一般规律是10岁以前，随着人体的生长发育，男、女生肌肉力量一直缓慢而平稳地增长，两者区别不大。从11岁起，男、女生的最大肌肉力量的差异开始明显增大，男生增长稍快而女生增长缓慢。青春期过后，肌肉力量仍在增长但其增长速率很低。女生达到最大肌肉力量在20岁左右，男生在20～30岁之间。40岁以后，人体大部分肌肉力量开始衰退。到了70岁时，人体多数肌肉的力量只有其鼎盛时期的30%～60%（图3-6）。

力量素质发展的敏感期是13～17岁，此时期最大力量进入快速增长的第一个高峰。这个年龄段力量的增长与体重的增长同步，而且最大力量增长快，相对力量却增长不大。这时的肌肉纵向增长比横向增长要快，因为此时也正是身高的快速增长期。16～17岁是最大力量快速增长的第二个高峰。这时肌肉横向增长的速度加快了，最大力量和相对力量增长均很快，这是发展力量素质的最重要时期。18～25岁，力量增长变得缓慢。

青少年阶段力量素质的增长有以下特点：快速力量先于最大力量；最大力量先于相对力量；躯干肌肉力先于四肢肌肉力。

（2）性别

以绝对肌力大小表示肌肉力量，女子上肢肌力较男子低约50%，下肢肌力低约30%；而以相对值表示，则男、女性肌力均为3～8 kg/em2，无明显性别差异。显然，肌肉力量绝对值的性别差异主要由肌肉生理横断面积或全身肌肉数量多少的性别差异等因素所决定。

6．雄性激素水平雄性激素与肌肉力量大小之间的关系主要是因为它有促进体内蛋白质合成，使肌肉肥大造成的。雄性激素是由男子的睾丸和肾上腺皮质分泌的，女子肾上腺皮质和卵巢也有少量分泌。由于雄性激素在人体内分泌数量不同，故可在一定的程度上造成不同年龄、性别人群肌肉力量的大小也各不相同。

（三）力量训练应注意的生理学问题

1．力量训练的超负荷问题

超负荷是肌肉力量训练的一个基本原则，超负荷不是指超过本人的最大负荷能力，而是指力量训练的负荷应不断超过平时采用的负荷，其中包括负荷强度、负荷量和力量训练的频率。超负荷力量训练能够不断对肌肉产生较大的刺激，从而使其产生相应的生理学适应，导致肌肉力量增加。研究指出，力量训练的超负荷是一个持续的过程。以某人用杠铃进行弯举为例，如果该人训练前能将40 kg的重量最多举起8次（8 RM），而经过一段时间的力量训练后举起次数增加到12次，这时就应该增加力量负荷的强度，这就是人们常说的“负荷8，练到12”。一般情况下，力量训练初期或者力量较弱的人，用于发展一般力量的练习强度可参考“负荷10，练到15”或“负荷15，练到20”。用于发展肌肉最大力量的练习强度可依据“负荷1，练到5”的原则加以确定。

2．力量训练方法的特异性问题

力量训练方法的特异性是指被训练肌肉对不同收缩性质和练习模式的力量训练产生特定反应或者适应的生理学现象，是影响力量训练效果的一个重要因素。力量训练过程中的肌肉活动的性质和模式与所从事的专项特点不一致，对神经系统协调能力以及局部肌肉生理、生化特征的影响也不同。因此，发展肌肉力量的抗阻练习，应包括直接用来完成某一技术动作的全部肌群，并尽可能使肌肉活动的类型、肌肉收缩速度、力量练习的动作结构以及时间一动作关系与专项力量和专项技术的要求相一致。

3．力量训练的安排

力量训练的强度、运动负荷和训练频率应符合年度训练计划和比赛的要求。依据著名运动训练学家Matveyev的周期训练理论，在年度周期计划中，准备期的力量训练量最大，训练强度较低；而在比赛期力量训练量减小，训练强度增大（图3-7）

4．各种力量训练方法的生理学特点

（1）等长力量训练法

肌肉收缩而长度不变的对抗阻力的力量训练方法叫作等长力量训练法，又叫作静力训练法。应用这种肌力训练方法时，可以使肌肉在原来静止长度上做紧张用力，也可以在缩短一定程度上时做紧张用力。等长力量训练法的优点是肌肉能够承受的运动负荷重量较大，因此是发展最大肌肉力量的常用方法。此外，等长练习时神经细胞长时间保持兴奋，有助于提高神经细胞的工作能力；等长练习时肌肉对血管的压力增大，影响肌肉的血液和氧气供应，从而对肌肉无氧代谢能力的提高、肌红蛋白含量的增加和肌肉毛细血管的增生等均有良好的影响。但等长练习时肌肉缺乏收缩和放松的协调，练习也相对枯燥无味。此外，研究表明等长力量训练的效果具有明显的“关节角度效应”，即等长力量训练的效果仅局限于受训练的关节角度。因此，等长力量训练根据运动员所从事的运动项目的特点，确定合理的关节训练角度，这样才能确保训练的效果。

（2）向心等张力量训练法

肌肉进行收缩缩短和放松交替进行的力量练习方法叫作向心等张力量训练法，负重蹲起、负重提踵、卧推、挺举等均属于此类。向心等张力量训练法的优点是肌肉运动形式与多数比赛项目的运动特点相一致；此外，在增长力量的同时还可以提高神经肌肉的协调性。其缺点是力量练习中肌肉张力变化具有“关节角度效应”。

向心等张力量训练法的训练效果主要取决于训练负荷强度、重复次数和动作速度等因素。一般情况下，如果力量训练的目的是发展力量耐力，应采用低强度、高重复次数的训练，如15～20 RM（最多做15～20次）的负荷强度，每次练习2～3组；如果力量训练的目的是发展最大肌力，应采用高负荷强度、低重复次数的训练，如1～6 RM（最多做1～6次）的负荷强度，每次练习2～3组。

（3）离心力量训练法

肌肉收缩产生张力的同时被拉长的力量训练方法叫作离心力量训练法，它属于动态力量的训练方法，肌肉在负重条件下被拉长的动作均属于此类。研究发现，肌肉在进行离心收缩时所产生的最大离心张力比最大向心张力大30%左右，因此该力量训练方法能够对肌肉造成更大的刺激，从而更有利于发展肌肉横断面积和肌肉力量。离心力量训练法的不足之处是训练后引起肌肉疼痛的程度较其他方法明显，原因可能是离心收缩容易引起肌肉结缔组织损伤所致。

（4）等速力量训练法

等速力量训练又叫等动力量训练，它是一种利用专门的等速力量训练器进行的肌肉力量训练方法。进行等速力量训练时，等速力量训练器所产生的阻力是和用力的大小相适应的，只要练习者尽最大的力量运动，肢体的运动速度在整个运动范围内都是恒定的，而在此活动范围内的各个角度上，只要练习者尽全力运动，产生的肌肉张力也是最大的。因此，等速力量训练法事实上是一种可以使肌肉在整个活动过程中呈“满负荷”工作的力量训练方法。目前研究认为，等速力量训练法是发展动态肌肉力量最好的训练方法之一。

（5）超等长力量训练法

肌肉在离心收缩之后紧接着进行向心收缩的力量训练方法叫作超等长力量训练法。运动训练中常用的多级跳和“跳深”等练习都属于此类方法。目前，超等长力量训练法主要用于爆发力的训练，其生理学依据是肌肉在离心收缩后紧接着进行向心收缩时，可借助肌肉牵张反射机制和肌肉弹性回缩产生更大的力量。此外，最近的研究还发现，在超等长练习之前先进行短暂的大强度负重刺激有助于更大程度地动员运动单位参与随后的运动，从而强化超等长训练的效果，这种练习方法叫作复合超等长力量训练。

5．力量训练期间的营养安排

力量训练期间机体体内蛋白质代谢较快，同时热量消耗也较大。因此，对蛋白质与维生素B2的需要较高，特别是在训练早期，蛋白质的供应量应在每千克体重2g以上，其中优质蛋白质不低于1/3，热量百分比可达18%左右。此外，为了保证神经肌肉系统的正常功能，应同时注意补充无机盐、糖和维生素C。

三、速度训练的生理学

（一）速度及其检测与评价

速度素质是人体的一种重要的身体素质，它是指人体快速运动的能力。通常情况下主要表现为以下三种形式：反应速度、动作速度和位移速度。反应速度是指人体对各种刺激迅速做出反应的能力，通常以反应时间的长短来表示，如听到枪声完成起跑等；动作速度是指人体或人体的一部分完成单个动作或成套动作的快慢以及单位时间内重复动作次数多少的能力，如投掷运动员掷出器械的速度、排球运动员的扣球速度、跳高运动员的起跳速度、体操和武术运动员完成成套动作的速度以及拳击运动员在单位时间内的出拳速率等；而位移速度是指在周期性运动中，单位时间内人体快速位移的能力。通常以通过一定距离的时间或单位时间内所通过的距离来表示，如短跑运动员的跑速、跳高运动员的助跑速度等。在大多数运动项目中，上述速度素质的3种表现形式都会综合表现出来，但在不同项目中，三者的表现各有特点。

（二）影响速度的生理学因素

1．反应速度

（1）反射活动的复杂程度

反应速度的快慢表现为反应时间的长短，它是指从感受器接受刺激到效应器做出反应所需要的时间。反应时间越短，反应速度越快。反应时间的长短主要取决于感受器的敏感度、中枢信息加工时间和效应器的兴奋性，其中，中枢信息加工最为重要。反射活动越复杂，中枢信息加工的时间越长，反应速度越慢。此外，反应时间受遗传的因素影响较大，遗传力高达75%以上；反应时间的长短还与刺激信号的强度和注意的集中程度与指向等有关。

（2）中枢神经系统的兴奋状态

中枢神经系统处于适宜兴奋状态下，反应速度较快；相反，如果运动员处于过度疲劳状态或者休息不好等影响中枢神经系统工作的各种条件下，反应速度将明显减慢。

2．动作速度和位移速度

动作速度与位移速度的主要特点都是通过肌肉系统最大限度的快速活动，在最短的单位时间内完成所需要进行的工作。由于人体肌肉活动受一个人的体能、技能和心理能力等因素的影响，故影响动作速度、位移速度的因素也表现为多方面。

（1）能量供应

在人体三大代谢供能系统中，速度能力主要取决于磷酸原系统，即ATP-CP系统的无氧代谢供能能力。通过科学的训练改善ATP-CP系统的供能能力，有助于速度素质的提高。

（2）肌纤维类型的百分构成

人体肌肉快肌纤维百分比越高，快速运动的能力也越强。例如，速度性项目优秀运动员的快肌纤维百分比明显高于耐力性项目运动员。目前世界上发现的短跑运动员，其快肌纤维百分比可高达95%。

（3）肌肉力量

力量是引起人体加速度的原因，力量越大则加速度也越大，加速度越大，人体运动速度就越快。由于人体质量与人体加速度成反比，故要最大限度地提高人体加速度，对力量的要求更偏重于相对力量。相对力量越大，肌肉就能越容易在运动时克服内、外部阻力，产生快速的收缩。因此，凡是能够影响相对肌肉力量的因素，也必将会对动作速度和位移速度产生作用。

（4）神经系统功能特点

肌肉活动受神经系统的控制。运动生理学研究发现，运动技能越熟练，神经肌肉之间的协调性越好，神经过程的灵活性越高，动作速度和位移速度也越快。

（5）身体形态与发育

速度素质与运动员的身体形态也有一定的关系。一般认为，短跑运动员的身体坚实有力，不胖不瘦，下肢较长，跟腱较长而踝关节较细。而在发育方面，多数研究认为，7～14岁是发展速度素质的最佳时期。

（三）速度训练应注意的生理学问题

1．“速度障碍”

速度训练过程中，有些运动员的速度水平可能会出现从提高转为停滞不前，这种现象被人们称为“速度障碍”。速度障碍是影响速度发展的重要因素，一般认为与单调和定型化的速度训练方法以及只注重速度的片面训练方法有关。突破“速度障碍”可以从以上两个原因入手，在训练中注意设计和运用新的训练手段、变化训练的方法、加强全面身体训练等，其中最为有效的方法是减小速度训练的外部阻力（如采用下坡跑、顺风跑和牵引跑等），这种训练方法有利于中枢神经系统对肌肉运动的协调控制能力适应新的刺激，从而打破已有的动力定型，促进速度素质的提高。

2．速度发展的敏感期

速度的发展与机体神经控制、肌肉力量等因素有关，因而受生长发育的影响。一般认为，反应速度自然发展的敏感期介于7～11岁之间，动作速度和位移速度的敏感期稍微滞后，约为9～14岁。总之，7～14岁是速度能力自然发展的敏感时期，这一时期采取科学合理的训练有助于速度的更好发展。

3．发展位移速度的生理学重点

从生理学角度出发，训练运动员的位移速度应全面考虑影响速度各个生理学因素的发展和改善，同时兼顾年龄和性别差异。训练中，采用科学合理的训练手段，重点发展ATP-PC和乳酸的供能系统的能力，改善肌肉力量和肌肉运动的神经控制能力，重视全面身体训练在发展位移速度能力方面的作用。

四、柔韧性和灵敏性训练的生理学基础

（一）柔韧性、灵敏性及其测量与评价

1．柔韧性

柔韧性是对机体单个关节或者多关节活动范围的测度，由骨关节结构和肌肉、韧带以及关节囊的长度和伸展性等因素决定。柔韧性决定关节活动的范围并随年龄等因素而变化，因此近年来受到健康相关体能和运动训练的重视。

柔韧性可从其外部运动形式分为动力性柔韧性和静力性柔韧性。前者是指肌肉、肌腱、韧带根据动力性技术动作需要，拉伸到解剖学允许的最大限度能力；而后者是指肌肉、肌腱、韧带根据静力性技术动作的需要，拉伸到动作所需要的位置角度，控制其停留一定时间所表现出的能力。从完成柔韧性练习的表现上看，柔韧性又分为主动柔韧性和被动柔韧性。主动柔韧性是人主动运动中表现出来的柔韧素质水平；被动柔韧性则是在一定外力协助下完成或在外力作用下表现出来的柔韧水平。主动柔韧性不仅反映对抗肌的可伸展程度，而且也可反映主动肌的收缩力量。一般来说，主动柔韧性比被动柔韧性要差，这种差距越小，说明柔韧性的发展水平越均衡。此外，还可从柔韧性在身体不同部位的表现，分为上肢柔韧性、下肢柔韧性、腰部柔韧性、肩部柔韧性等。

柔韧性的检测方法因检测部位而有所不同，常用检测部位包括肩关节、髋关节和躯干。肩关节柔韧性通常采用双手背部“对指试验”（图3-8）。以两大拇指在背部的双臂屈肘对指试验中的距离作为评价指标；髋关节柔韧性通常采用“仰卧单举腿试验”（图3-9），以两大腿最大夹角反映髋关节屈的活动范围；躯干柔韧性一般采用两种方法加以度量，一种是“立姿转体”试验（图3-10），用于评价躯干旋转活动的范围；另外一种是“坐姿体前屈”（图3-11），用以评价躯干屈的活动范围。由于后面一种方法的检测结果涉及髋、脊柱和肩关节等多个部位的柔韧性，因此常被作为评价全身柔韧性的评价指标。

2．灵敏性

灵敏性是指人体在各种突然变换的条件下，快速、协调、敏捷、准确地完成动作的能力。它是人的运动技能、神经反应和各种身体素质的综合表现。在日常生活以及球类、武术、散打、拳击、摔跤、击剑、体操等许多运动项目中，都要求人体能够在客观环境急剧变化的条件下能迅速表现出对动作的准确判断和及时的反应。快速敏捷的反应速度、高度的自我操纵能力以及迅速改变身体或身体某部位运动方向的能力等都是灵敏性的基本内容，因此灵敏性实质上是机体各个系统活动能力的综合反应。

（二）影响柔韧性和灵敏性的生理学因素

1．影响柔韧性的生理学因素

人体柔韧性的好坏主要取决于关节的骨结构、关节周围组织的体积和肌肉、韧带组织的伸展性影响，此外还与年龄和体温等有密切的关系。少年儿童的骨弹性好、可塑性大、关节韧带的伸展性好，因此柔韧性好。老年人骨弹性差、可塑性小、关节韧带的伸展性差，因此柔韧性也较差。此外，体温升高，肌肉粘滞性下降，肌肉和韧带的伸展性增加，因而关节活动范围增大。

2．影响灵敏性的生理学因素

（1）大脑高级神经活动的灵活性

大脑皮层神经过程的分析综合能力和灵活性是指机体在内外环境发生变化的时候，能够迅速作出判断，并依此发动、制止或改变动作行为和其他功能反应的能力。它与人体运动技能巩固的程度和运动经验密切相关。运动技能越巩固或大脑皮层动力定型越完善，运动经验越丰富，分析和综合能力就越强，动作反应也越快速、越协调和灵活。

（2）感觉器官的功能

感觉器官具有为中枢神经系统提供体内外环境变化信息的功能，因此在决定灵敏性的好坏方面具有特殊的作用。研究表明，运动员的感觉器官不仅具有较好的敏感性，而且还有一定的运动项目特点。例如，体操运动员具有较好的本体感觉和位觉，篮球运动员具有较大的视野，乒乓球选手具有良好的速度判断和精确定位能力。

（3）运动技能的熟练程度

灵敏是中枢神经系统控制机体迅速做出反应的一种身体能力，与机体自身。已经掌握的运动技能数量及其熟练程度有关，运动技能越多且越熟练，大脑皮层的中枢联系就越快速和准确，动作反应也就越灵活。

（4）其他

良好的灵敏素质需要其他身体素质的保障，力量、速度、耐力、柔韧都是人体适应复杂环境变化，迅速和准确做出反应的基础。此外，灵敏素质还受年龄、性别、体重和身体疲劳程度等多种因素的影响。一般认为，少年时期灵敏素质的发展最快，男生较女生灵活；青春期后，人体体重增加，肌肉收缩的负荷增大，反应速度减慢。另外在身体疲劳时，由于神经系统的功能和肌肉力量等下降，灵敏性也会有所下降。

（三）柔韧性和灵敏性训练方法

1．柔韧性练习的方法

提高柔韧素质一般采用牵拉肌肉和结缔组织的方法，常用的方法有快速牵拉和缓慢牵拉两种，前者主要包括“踢腿”“摆腿”等练习，后者包括“拉韧带”和“压腿”等。虽然这两种方法都能够有效地改善关节柔韧性，但易引起肌腱、肌肉和邻近部位组织的拉伤。因此，在进行此类练习前应做好充分的准备活动，合理控制柔韧性练习的强度，避免做一些危险性大的柔韧性练习。

2．灵敏性练习的方法

灵敏素质是人体综合能力的反映。为了提高机体活动的灵敏性，应尽可能采取逐渐增加复杂程度的练习方式，也可以通过改变条件、器械、器材等方式来增加技术动作的复杂性和难度。同时，还应着重培养和提高个体掌握动作的能力、反应能力、平衡能力、观察能力、节奏感等。在发展灵敏素质过程中，应特别强调提高力量、速度、耐力和柔韧等基本活动能力来发展灵敏素质。竞技体操、武术、技巧、滑冰、滑雪及各种球类运动项目等，都是发展灵敏素质的有效活动。此外，在竞技运动训练中反复练习与专项动作性质相似的动作，也是发展专项灵敏素质的有效途径。