有氧工作能力及其訓練

1、第二講： 有氧工作能力及其訓練有氧工作能力及其訓練河北師大體育學院河北師大體育學院王鳳陽王鳳陽 有氧工作能力有氧工作能力 概念：概念：? 兩方面的能力兩方面的能力：運氧能力和用氧能力。運氧能力和用氧能力。一、運氧能力：一、運氧能力：（呼吸、循環(huán)、血液）（呼吸、循環(huán)、血液）（一）呼吸（一）呼吸 體現(xiàn)在體現(xiàn)在 通氣量通氣量 和和 換氣量換氣量 能滿足需要。能滿足需要。 肺通氣（肺通氣（pulmonary ventilationpulmonary ventilation） 是是指肺與外界環(huán)境之間的氣體交換過程。指肺與外界環(huán)境之間的氣體交換過程。實現(xiàn)肺通氣的結構包括呼吸道、肺泡、胸廓和胸膜腔等。呼吸道

2、是氣體進出肺泡的通道，肺泡是氣體交換的場所，而胸廓的節(jié)律性運動即呼吸運動是實現(xiàn)肺通氣的動力。呼吸肌的舒縮活動，使胸腔容積產生變化，造成肺內壓與大氣壓間產生壓力差，導致氣體進出于肺。如何合理進行呼吸運動，對提高肺通氣如何合理進行呼吸運動，對提高肺通氣效率、滿足肌肉活動的需要和更好地完成體效率、滿足肌肉活動的需要和更好地完成體育動作是極為重要的。育動作是極為重要的。 呼吸膜：呼吸膜： 正常呼吸膜非常薄，平正常呼吸膜非常薄，平均厚度不到均厚度不到1 1mm，通透性通透性與面積極大與面積極大(70-100(70-100m m2 2) )。安靜狀態(tài)時僅有安靜狀態(tài)時僅有4040m m2 2參與參與氣體交換

3、氣體交換故呼吸膜有相當大的貯備故呼吸膜有相當大的貯備面積面積肺泡通氣量肺泡通氣量 肺泡通氣量（肺泡通氣量（alveolar ventilation VAalveolar ventilation VA）是指人體每分鐘吸入肺泡真正是指人體每分鐘吸入肺泡真正參與氣體交換的新鮮空氣量。參與氣體交換的新鮮空氣量。在呼吸過程中，每次吸入的氣體中，留在呼吸道內的氣體是不能進行交換的，這一部分空間稱為解剖無效腔。因此從氣體交換的角度來考慮，只有進入肺泡能與血液進行交換的氣體量才是有效的通氣量。肺泡通氣量等于（潮氣量無效腔）呼吸頻率（次肺泡通氣量等于（潮氣量無效腔）呼吸頻率（次/ /分）。分）。在運動過程中當呼

4、吸頻率過快時，氣體將主要往返于解剖無效腔，而真正進入肺泡內的氣體量卻較少，因此，從提高肺泡氣更新率的角度考慮，增加呼吸深度是運動時呼吸調節(jié)的重點，采取適當?shù)暮粑疃燃饶芄?jié)省呼吸肌工作的能量消耗，又能提高肺泡通氣量和氣體交換的效率。 肺泡通氣量（潮氣量無效腔）呼吸頻率肺泡通氣量（潮氣量無效腔）呼吸頻率安靜時安靜時肺泡通氣量（肺泡通氣量（500500150150）12 12 42004200深而慢深而慢呼吸時肺泡通氣量（呼吸時肺泡通氣量（10001000150150）6 6 51005100淺而快淺而快呼吸時肺泡通氣量（呼吸時肺泡通氣量（250250150150）24 24 24002400運動時

5、呼吸變化的調節(jié)運動時呼吸變化的調節(jié) 運動時呼吸變化的機制至今仍未完全闡明，一般認為，運運動時呼吸變化的機制至今仍未完全闡明，一般認為，運動前的通氣量增大是條件反射性的。動前的通氣量增大是條件反射性的。運動開始后通氣量的驟升，是由于大腦皮層在發(fā)出沖動使肌肉收縮的同時，也發(fā)出沖動到達腦干呼吸中樞，引起呼吸加強。同時，呼吸器官和運動器官本體感受器的傳入沖動對呼吸的加快加強起著重要的作用。而后，呼吸緩慢地增加是由于動脈中溫度和化學環(huán)境變化所致。當運動繼續(xù)時，肌肉中代謝增強，產生更多熱量、CO2和H+，這些因素一方面增加肌肉對氧的利用，另一方面加大了動靜脈氧差。更多的CO2進入血液，提高了血中CO2和H

6、+濃度，使化學感受器興奮，刺激呼吸中樞，使呼吸加快加強。運動過程中，甲狀腺素分泌量增多對呼吸運動具有刺激作用，肺牽張反射也積極參與調節(jié)，心輸出量的增加也可導致呼吸加快加強。 當運動停止時，皮層和其它向呼吸中樞發(fā)放的沖動停止，通氣量急劇下降。運動后通氣量下降的慢速減少期是依靠酸堿平衡、PCO2和血液溫度來調整的?？傊\動中肺通氣的快速增長和減少期是神經調節(jié)的結果，而慢速增長和減少期則是體液和溫度調節(jié)的結果?；瘜W因素對呼吸的調節(jié)化學因素對呼吸的調節(jié) 在頸動脈體、主動脈體和延髓腹外側淺表部位存在著對血液或在頸動脈體、主動脈體和延髓腹外側淺表部位存在著對血液或腦脊液中腦脊液中COCO2 2、H H等

7、化學物質比較敏感的感受器，稱之為化學感受等化學物質比較敏感的感受器，稱之為化學感受器。前者稱為器。前者稱為外周化學感受器外周化學感受器，后者稱為，后者稱為中樞化學感受器中樞化學感受器。當血液。當血液或腦脊液中或腦脊液中COCO2 2、H H濃度增加時，就會刺激這些感受器反射性地引濃度增加時，就會刺激這些感受器反射性地引起呼吸加快加強，從而實現(xiàn)對呼吸運動的反射調節(jié)。起呼吸加快加強，從而實現(xiàn)對呼吸運動的反射調節(jié)。氣體交換氣體交換（Gas Exchange）包括肺泡與血液之間，以及血液與組織細胞之間O2和CO2的交換。前者稱為肺換氣，后者稱組織換氣。兩種換氣都通過擴散的方式來實現(xiàn)，所遵循的物理原則是

8、相同的。肺換氣是通過呼吸膜、組織換氣是通過毛細血管壁和組織細胞膜進行的，這些生物膜均很薄，通透性較好，能充許O2和CO2等氣體分子自由通過。氣體交換的原理氣體交換的原理 氣體交換的動力是分壓差（Difference of partial pressure）。所謂分壓是指混合氣中各組成氣體所具有的壓力。它可用混合氣體的總壓力乘以各組成氣體在混合氣體中所占的容積百分比來求得。例如，在標準狀態(tài)下，1個大氣壓為101.33kPa（760mmHg），其中O2的容積百分比約為20.96，故PO2 為101.3320.9621.24kPa（159mmHg）；CO2的容積百分比為0.04，則PCO2 為0.0

9、4kPa（0.30mmHg）。在人體肺泡內、血液和組織中PO2和PCO2并不相同（表6-2），它們彼此間存在著一定的分壓差，于是氣體就從分壓高的地方向分壓低的地方擴散。影響氣體交換的因素影響氣體交換的因素（一）（一） 氣體擴散速率氣體擴散速率 擴散定律表明：氣體擴散速率（Vgas）與氣體擴散的面積（A）、氣體擴散系數(shù)（D）、組織兩側的氣體分壓差（P1-P2）成正比，而與擴散膜的厚度（T）成反比。所以凡是影響氣體擴散速率的因素均可影響氣體交換。（二）通氣血流比值（二）通氣血流比值 每分肺泡通氣量和肺血流量（心輸出量）的比值，稱通氣血流比值（VentilationPerfusion ratio）V

10、EQ。正常人安靜時通氣血流比值為0.84（4.25）。此時肺通氣量與血流量處于最佳匹配，氣體交換效率最高。如果通氣血流比值大于0.84，可能由于肺通氣過度，也可能肺血流量減少所致。如通氣血流比值小于0.84，這就意味著通氣不足或血流過剩。 n（三）呼吸膜開放的面積和通透性（三）呼吸膜開放的面積和通透性n（四）組織局部血流量與溫度（四）組織局部血流量與溫度（二）血液循環(huán)（二）血液循環(huán)心肌與骨骼肌的區(qū)別點：結構上，收縮性收縮性收縮性 心肌細胞在刺激作用下能夠產生收縮的特性，稱為收縮性，心肌收縮的過程、機制與骨骼肌基本相似，但也有區(qū)別，主要表現(xiàn)為：1、“全或無”式的收縮 2、不發(fā)生強直收縮 3、期前

11、收縮和代償間歇心輸出量心輸出量（cardiac output, CO）n每分鐘由一側心室所輸出的血量，稱為每分輸出量，簡稱心輸出量心輸出量（cardiac output, CO），它等于搏出量與心率的乘積。正常成年男性安靜時的心率平均為75次/分，搏出量為70 ml，則其心輸出量約為5升/分。女性的心輸出量較同體重男子低約10%左右。此外，心輸出量隨著機體活動和代謝狀況而變化，在肌肉運動、情緒激動、進餐、懷孕等情況下，心輸出量增加。心輸出量每搏輸出量心率心輸出量每搏輸出量心率 影響因素有那些？影響因素有那些？影響每搏輸出量的主要因素影響每搏輸出量的主要因素1、心收縮力量的大?。骸⑿氖湛s力量的大

12、?。?一是進入心臟的血量（內源性調節(jié)）一是進入心臟的血量（內源性調節(jié)） 二是支配心臟的神經及兒茶酚胺（外二是支配心臟的神經及兒茶酚胺（外源性調節(jié)）源性調節(jié)）2、心室容積的大?。?、心室容積的大?。?耐力訓練與力量訓練？耐力訓練與力量訓練？3、后負荷的影響、后負荷的影響（動脈血壓）：（動脈血壓）：心率的因素：心率的因素：n在一定范圍內隨心率加快，心輸出量加在一定范圍內隨心率加快，心輸出量加大；超過限度心輸出量下降。大；超過限度心輸出量下降。n心率心率與與每搏量每搏量的關系的關系 ？心輸出量心輸出量每搏輸出量每搏輸出量心率心率研究表明研究表明:1. 心率對心率對心輸出量的影響大于心輸出量的影響大于每

13、搏輸出量每搏輸出量.2. 但是訓練使但是訓練使心輸出量增大主要是靠心輸出量增大主要是靠每搏輸出量每搏輸出量.3. 因為因為訓練訓練并不能使并不能使最大心率最大心率增加增加. 不同訓練的效果不同訓練的效果n耐力訓練耐力訓練: 引起心臟血液動力學變化是,增加前負荷(容量負荷).心肌工作節(jié)律性收縮與舒張和呼吸的加快加深,加強了“肌肉泵”與“呼吸泵”的作用,促進了靜脈血回流的效應.(心腔大,心壁增厚)n力量性訓練力量性訓練: 引起心臟血液動力學變化是,增加后負荷(壓力負荷).心肌工作強烈性收縮,帶有靜力性用力特征,壓迫了外周血管,增大心臟排血的阻力.(心壁增厚明顯,心腔增大不明顯)心泵功能的儲備（心力

14、儲備）心泵功能的儲備（心力儲備） 概念概念? 儲備量儲備量(最大值減安靜值最大值減安靜值) 心率儲備心率儲備: 22075145 收縮期儲備收縮期儲備: 75 20 55 搏出量儲備搏出量儲備: 舒張期儲備舒張期儲備: 160145 15（三）血液（三）血液n與運輸氧相關的因素是紅細胞內的血紅蛋白血紅蛋白。nHb的主要功能n一克血紅蛋白能結合1.341.36毫升氧n怎樣提高呢？二、用氧能力：二、用氧能力：n主要講骨骼肌利用氧產生能量供肌肉做功的能力n骨骼肌利用氧氧化糖、脂肪產生能量n分析骨骼肌氧化糖產生能量的過程n分析骨骼肌氧化脂肪產生能量的過程 糖分解供能的特點是：糖分解供能的特點是： 在滿

15、足不同強度運動時，既可以有氧分解供能也可在滿足不同強度運動時，既可以有氧分解供能也可以無氧分解供能，在參與供能時：以無氧分解供能，在參與供能時：動員快：動員快：糖參與供能快。糖參與供能快。耗氧少：耗氧少：與脂肪比較消耗的氧量少。與脂肪比較消耗的氧量少。效率高：效率高：產生產生ATP的速率是脂肪的二倍。的速率是脂肪的二倍。 糖是肌肉活動時最重要的能源物質。糖是肌肉活動時最重要的能源物質。 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38ATP， RQ = 6O2 / 6CO2 = 1脂肪的氧化分解產生脂肪的氧化分解產生ATP的過程的過程 肌肉內的脂肪儲量很少，主要動用皮下和臟器周圍（

16、脂肪庫）。脂肪是如何進入肌肉里呢？ 長時間運動時（如馬拉松后期），激素分泌增加（腎上腺、去甲腎上腺等）這些激素激活了脂肪酶（激素敏感脂肪酶）脂肪脂肪 甘油甘油 + 脂肪酸脂肪酸 （二者進入血液 隨循環(huán) 到達肌肉）1、甘油（丙三醇）：分子結構很小，甘油（丙三醇）：分子結構很小，3個碳個碳甘油氧化 3磷酸甘油醛 丙酮酸 進入糖代謝（不是主要的過程）2、脂肪酸（屬多碳大分子有機物）：脂肪酸（屬多碳大分子有機物）：分子量很大 R- CH2- CH2- CH2 -COOH 脂肪酸的氧化分解是脂肪供能的主要過程，進入細胞后在線粒體內徹底氧化。（分三個階段） 脂肪酸的活化:（不活化不能進入線粒體，須消耗一個

17、ATP） 脂酰COA進入線粒體:（在肉堿作用下） 脂肪酰COA的氧化:（分4步：脫氫、加水、再脫氫、硫解）生成乙酰COA 三羧酸循環(huán)（TCA） 徹底氧化成H2O + CO2 脂肪酸徹底氧化生成脂肪酸徹底氧化生成ATP計算計算：16-碳脂肪酸計算公式：計算公式： （Cn2）1 5ATP （Cn2）12ATP 1ATPC16H32O2 + 23O2 16CO2 + 16H2O + 130ATP， RQ= 16CO2 / 23O2 = 0.7 糖與脂肪徹底氧化的對比：糖與脂肪徹底氧化的對比：n1、糖徹底氧化生成糖徹底氧化生成3839ATP;脂肪（脂肪（16碳脂肪酸）碳脂肪酸）徹底氧化生成徹底氧化生成

18、130ATPn2、從從ATP生成速率來看，糖是脂肪的二倍。生成速率來看，糖是脂肪的二倍。n3、脂肪氧化的特點：脂肪氧化的特點：動員的慢、耗氧量大、能效率動員的慢、耗氧量大、能效率低。低。n4、糖作為能源要優(yōu)于脂肪，脂肪供能只能在長時間糖作為能源要優(yōu)于脂肪，脂肪供能只能在長時間耐力運動后期，即糖消耗到一定程度后。耐力運動后期，即糖消耗到一定程度后。n5、經系統(tǒng)訓練，耐力運動員動用脂肪的能力較非耐經系統(tǒng)訓練，耐力運動員動用脂肪的能力較非耐力運動員要高（從力運動員要高（從呼吸商呼吸商RQ可以反映出）可以反映出）有氧工作能力的好壞如何體現(xiàn)？有氧工作能力的好壞如何體現(xiàn)？ 1、單位時間內有氧產能的過程要快

19、單位時間內有氧產能的過程要快(功率輸出功率輸出)。 2、各環(huán)節(jié)氧化酶的活性要高、各環(huán)節(jié)氧化酶的活性要高n糖是機體最主要，來源最經濟，供能又快速糖是機體最主要，來源最經濟，供能又快速的能源物質。的能源物質。1g糖在體內徹底氧化可產生糖在體內徹底氧化可產生17.17KJ(4.1Kcal)熱能。機體正常情況下有熱能。機體正常情況下有60的熱能由糖來提供。運動時糖供能的比的熱能由糖來提供。運動時糖供能的比例更大、更重要。例更大、更重要。糖代謝糖代謝糖在體內的存在形式糖在體內的存在形式 主要有兩種：一種是以糖原糖原(Glycogen)的形式存在于組織細胞漿內，主要有肝細胞中的肝糖肝糖原原和肌細胞中的肌糖

20、原肌糖原；另一種是以葡萄糖(Glucose)的形式存在于血液中，稱為血糖血糖。正常生理情況下，血糖濃度隨進食、肌肉活動等情況而有波動；但空腹時，血糖的濃度較為穩(wěn)定，約為：80120 mg100ml-1 。 血糖濃度動態(tài)平衡的維持有賴于體內神經體液因素的調節(jié): 胰島素能促進組織細胞攝取葡萄糖使血糖水平降低；而胰高血糖素、腎上腺皮質激素和生長素等能促進肝糖原分解為葡萄糖，并釋放進入血液，使血糖升高。肝臟通過肝糖原的合成與分解在血糖相對穩(wěn)定的調節(jié)中起著關鍵性作用。糖的儲備與運動能力糖的儲備與運動能力 研究表明，運動性疲勞或過度性訓練的原因之一是體內肌糖原儲量的耗竭，所以在大于1小時的運動中適量補充糖

21、，可通過提高血糖水平、增加運動中糖的氧化供能、節(jié)約肌糖原的損耗、減少脂肪酸和蛋白質的供能比例，可使運動的耐受時間延長，延緩疲勞發(fā)生，提高運動能力。 正常情況下，肌糖原儲量較為穩(wěn)定，一次性大量攝入糖并不能有效地增加肌糖原的儲備。只有高糖膳食和耐力運動結合起來，既促進了肌糖原消耗，又進行隨后的肌糖原超量補償，才能使肌糖原儲備適度增加。優(yōu)秀耐力運動員肌糖原儲量可達700g。 在劇烈運動的過程中，肝糖原在維持血糖水平還有特殊的意義。血糖一旦進入肌肉合成肌糖原后，就不能再擴散出細胞。所以在力竭性運動時，活動的肌肉是不能利用不活動肌肉中的葡萄糖或肌糖原。只有肝糖原分解為葡萄糖進入血液，通過血液循環(huán)再供給活

22、動的肌肉持續(xù)的能量供給。所以增加肝糖原和肌糖原的儲備有利于提高運動能力。合理膳食與適宜運動訓練相結合是提高機體糖原儲備的有效途徑。脂肪代謝脂肪代謝n脂肪是一種含能量最多的營養(yǎng)物質。脂肪是一種含能量最多的營養(yǎng)物質。1g脂肪在脂肪在體內徹底氧化可產生體內徹底氧化可產生38.94KJ(9.3Kcal)熱能，約是氧化同量糖和蛋白質的二倍多。人體內脂肪儲量很大，是長時間肌肉運動的重要能源。此外，脂肪還是構建細胞的組成成分，能促進脂溶性維生素的吸收和利用，對內臟和機體起著保護墊和熱墊的作用。 運動對脂肪代謝的影響：運動對脂肪代謝的影響： 提高脂肪酸的氧化能力：提高脂肪酸的氧化能力：耐力訓練是提高機體氧化利

23、用脂肪酸供能耐力訓練是提高機體氧化利用脂肪酸供能能力最有效的措施。長期耐力訓練會使骨骼肌線粒體數(shù)量、體積、單位肌肉能力最有效的措施。長期耐力訓練會使骨骼肌線粒體數(shù)量、體積、單位肌肉毛細血管密度、線粒體酶及脂蛋白酶活性增加。因此優(yōu)秀耐力運動員氧化利毛細血管密度、線粒體酶及脂蛋白酶活性增加。因此優(yōu)秀耐力運動員氧化利用脂肪的能力以及氧化酮體的能力要比一般人強用脂肪的能力以及氧化酮體的能力要比一般人強。 改善血脂異常：改善血脂異常：血脂異常是指血漿血脂異常是指血漿總膽固醇總膽固醇(TCH)、低密度脂蛋白低密度脂蛋白(LDL) 及甘油三酯及甘油三酯(TG)升高升高、高密度脂蛋白、高密度脂蛋白(HDL)降

24、低降低等。等。因因LDL對動脈管對動脈管壁內膜有侵蝕作用，而且易在動脈管壁內沉積形成脂斑，所以血脂異常是誘壁內膜有侵蝕作用，而且易在動脈管壁內沉積形成脂斑，所以血脂異常是誘發(fā)動脈粥樣硬化和冠心病的危險因素。由于耐力訓練可促進血漿發(fā)動脈粥樣硬化和冠心病的危險因素。由于耐力訓練可促進血漿TG降解，增降解，增加血漿加血漿HDL含量，含量，HDL有防止動脈粥樣硬化的功能（素有血管清道夫之稱）。有防止動脈粥樣硬化的功能（素有血管清道夫之稱）。所以長期堅持耐力運動可改善血脂異常。所以長期堅持耐力運動可改善血脂異常。 減少體脂積累：減少體脂積累：人體內絕大部分的體脂是以甘油三酯形式儲存在脂肪人體內絕大部分的

25、體脂是以甘油三酯形式儲存在脂肪組織中，稱儲脂。儲脂易受營養(yǎng)狀況和肌肉活動的影響而發(fā)生增減變化。若組織中，稱儲脂。儲脂易受營養(yǎng)狀況和肌肉活動的影響而發(fā)生增減變化。若機體營養(yǎng)過剩并且肌肉活動減少，則儲脂量增加；若合理營養(yǎng)并且肌肉活動機體營養(yǎng)過剩并且肌肉活動減少，則儲脂量增加；若合理營養(yǎng)并且肌肉活動增加，則儲脂量減少。增加，則儲脂量減少。 因此，堅持長期運動不僅影響血脂水平、改善血脂異常，而且可以通過因此，堅持長期運動不僅影響血脂水平、改善血脂異常，而且可以通過提高脂肪酶提高脂肪酶(LPL)活性，促進脂肪水解，加速活性，促進脂肪水解，加速FFA氧化供能，而減少體脂積累。氧化供能，而減少體脂積累。 n 蛋白質是構成細胞結構最主要的原料，主蛋白質是構成細胞結構最主要的原料，主要參與新陳代謝實現(xiàn)自我更新的物質，它在調要參與新陳代謝實現(xiàn)自我更新的物質，它在調節(jié)機體各種生理功能中起著不可替代的作用，節(jié)機體各種生理功能中起著不可替代的作用，因此它是人體不可缺少的營養(yǎng)物質之一。蛋白因此它