运动生理和训练效应

（一）对心血管系统的影响

持续运动数秒钟后即可产生心血管系统复杂的功能调节，调节程度取决于运动的强度。调节目的在于满足运动肌群氧的需求和废物的清除，以维持正常肌肉工作环境。

1．提高肌肉摄氧能力　运动后数秒钟以自主神经为主导的局部作用，使肌张力很快减弱，血管很快舒张。这种局部作用以组织的氧张力下降和二氧化碳张力升高作用最快、最强。

2．运动中的循环调节　血液循环作为运输氧和营养物质以及代谢产物的主要载体，在运动中可从心脏做功和血压得到极为明显的反映。

（1）心率和每搏输出量：在运动中，心脏每分输出量的增加或维持，可通过增快心率或增加每搏输出量或两者均增加来达到，在轻至中等强度运动时，心率改变常与运动强度一致。轻量运动时，心率增至100／min；中等量时，可达150／min；极大量时，则心率可超过200／min，这一线性关系，提供了临床上用心率来衡量运动强度的可能性。心率的变化受神经和体液的调节。运动时每搏输出量的增加也极为重要。影响其主要因素有：心室收缩力；心室流出道和血管的阻力；回心血量。

心排血量（心输出量）：运动中必须保持高的心脏每分输出量，以保证肌肉、呼吸和全身脏器的需要。安静仰卧位时，成人每分输出量是4～5L，站立位时略有减少，运动中增加，其增加的量是根据不同运动强度而定的，健康人每分输出量可增至20L左右。其计算公式是：

心输出量＝每搏输出量×心率＝每分摄氧量／动静脉氧分压差

具有良好训练者安静时心率较慢，而每搏输出量则因左室收缩期末容量缩小而增大，故心脏每分输出量并不减少。这样就为心脏提供较多的功能贮备，使在亚极量负荷下仍以较低的心率来完成，极量负荷下可用较快心率来满足机体的需要。如长期少动，其结果正相反。

（2）血压、血管阻力和静脉血回流：回心血充盈心室，牵张心肌形成前负荷，射血时动脉系统的外周阻力形成后负荷，心室肌的收缩必须克服这两负荷后，才能将血射入动脉。此时加于动脉管壁的压力与血管壁弹性的相互作用形成动脉血压。血压也是心输出量和总外周血管阻力的乘积。运动时，心输出量增多和血管阻力因素可以引起相应的血压增高。在血管反应良好的人体，剧烈运动时收缩压可增高，但很少超过24．0kPa（180mmHg），舒张压轻微升高或不变或稍下降。这一反应可见于动力型、耐力型和大肌群参与的运动项目，如跑步、骑自行车等。无氧、等长收缩及仅有小肌群参与（如用手进行运动）的大强度运动时，虽可明显增加心输出量。但由于此时局部血管扩张机制的作用较少，总外周血管阻力没有相应的下降，舒张压升高，因而心室的后负荷增大，同时伴有心室效应。

（3）血管的失健和健化：任何减少运动以及卧床休息超过2～4周以上，均不可避免地出现心血管系统的失健现象，具体表现为安静心率增快，每搏输出量减少，心肌收缩做功效率降低，从而使在亚极量运动中，不是以增高每搏输出量而是以增快心率来保证运动中足够的每分输出量。因运动中心脏负荷的增加，必然使运动停止后的恢复期延长。以上现象都是前述运动效应和（或）健化现象的倒退。在心血管疾患中，这些现象更为明显。但是这些失健现象是完全可逆的，只要坚持进行合适的运动疗法治疗，不仅可产生外周性效应（占85%），而且还可产生相应的中心性效应（占15%左右），即可直接提高心功能。

（二）对呼吸系统的影响

1．基本概念　肺功能主要为进行气体交换、调节血容量及分泌某些内分泌激素。

（1）每分通气量＝潮气量×呼吸频率。

（2）潮气量：分为两部分。一部分气体进入肺泡进行气体交换，称为肺泡通气量（VA），另一部分气体并不进入肺泡，只存在于呼吸道解剖无效腔内，称为无效腔通气量（VD）。无效腔通气量和潮气量的比值（VD／VT）表示肺泡通气效率，正常值接近0．3。

（3）呼吸商（RQ）：是指二氧化碳排出量和氧摄取量之间的比值。在日常以食用糖类（碳水化合物）为主的饮食时，其比值相当于0．8。若营养代谢改变（如以高脂肪饮食为主）或需要进行无氧代谢时，每摄取一单位容量的氧要排出较多二氧化碳，从而使呼吸商增大，甚至可超过1．0。

2．运动中摄氧量的变化

（1）影响摄氧量的生理因素

①人体直接从大气获取氧的通气功能。

②血液循环运载气体的功能。

③组织对氧的摄取利用功能。

通常人体通气功能有相当大的容量范围。在需氧量极大的情况下，呼出气中剩余的氧量还是很大的，它对摄氧量的限制并不显著。而后两种因素则受心输出量、组织内血管网的开放程度和血液有效成分等限制，它们的容量范围相对较小，因而在更大程度上制约着摄氧量的增大。

（2）各种摄氧状态

①“稳定状态”：在摄氧量能够满足需氧量的轻或中等强度运动，只要运动强度不变，即能量消耗恒定时，摄氧量便能保持在一定水平，被称为“稳定状态”。

②“进入工作状态”：在运动刚开始的短时间内，因呼吸、循环的调节较为迟缓，氧在体内的运输滞后，致使摄氧量水平不能立即到位，而是呈指数函数曲线样逐渐上升，此即进入工作的非稳态期，或“进入工作状态”，通常是从无氧供能开始，逐渐增加有氧成分，呈特定的摄氧量动力学变化。

③“氧亏”和“氧债”：“稳定状态”是完全的有氧供能，而“进入工作状态”这一阶段的摄氧量与根据稳定状态推断的需氧量相比，其不足部分即无氧供能部分，则传统地被称力“氧亏”。当运动结束进入恢复期时，摄氧量也并非从高水平立即降至安静时的水平，而是通过快、慢两个下降曲线逐渐移行到安静水平。这一超过安静状态水平多消耗的氧量，则传统地被称为“氧债”。“氧债”与总的“氧亏”等量。

④运动需氧量的计算：计算运动中的摄氧量与氧债之和减去同一时间安静状态下所需的氧耗，便可得出这一运动的需氧量。

（3）最大摄氧量：运动时消耗的能量随运动强度加大而增加。以中等强度的固定负荷进行运动时，在到达稳定状态后持续运动期间的每分摄氧量，即反映这一运动的能耗和强度水平。摄氧量达到最大而不再能增加的值，即被称为最大摄氧量（VO2max）。

VO2max的绝对值以每升每分钟为单位（VO2maxL／min），相对值以毫升每分钟每千克体重为单位［VO2maxml／（kg·min）］。由于相对值消除了体重的影响，在横向比较中有实际意义。

一般VO2max在20岁时达到最高；男性绝对值为3～3．5L／min，女性为2～2．5L／min；相对值均在50ml／（kg·min）左右。

（三）对代谢的影响

1．运动中和运动后的能量代谢　运动中的能量来源开始时是由ATP（骨骼肌中ATP量为2～7μmol／g）的水解产生二磷酸腺苷（ADP）和无机磷酸盐，这是无氧代谢过程。无氧代谢过程有：腺嘌呤激酶反应、肌酸激酶反应和无氧酵解。前两者在肌肉中迅速进行，但由于磷酸肌酸量也极有限，所以更重要的是依赖反应较慢的糖原酵解。

2．运动中的乳酸代谢　肌肉收缩时可产生乳酸，不仅在无氧代谢情况下即剧烈运动时才产生，而且在各种运动（即便在安静）时也有乳酸产生。此时乳酸的产生和消除形成平衡。在安静时乳酸主要在红细胞、肌肉、脑和白细胞中产生，其中肌肉每分钟产生乳酸量约占35%。乳酸的消除率随着乳酸浓度的中度升高而相应加快，运动时可以加速乳酸的清除。每一类型运动单位具有自己的代谢酶和局部血液循环特点。

3．运动对物质代谢的影响　糖类代谢肌糖原是运动中的主要能源，随着运动方式、运动强度、时间、饮食条件、训练水平和周围环境不同而变化。在一定强度的运动中，运动开始时肌糖原的降解较快，以后随着时间的延长呈曲线相关。在任何时间内，运动强度愈大，肌糖原利用愈多。在70%～80%VO2max强度下持续运动1～2h，可几乎完全耗尽肌糖原而出现衰竭。外源性葡萄糖并不能替代肌糖原。只有当强度在50%VO2max时，摄入的葡萄糖才能取代肌糖原为活动肌肉所利用。

4．脂肪代谢　长链脂肪酸是脂肪氧化的重要能源。脂肪酸的来源主要为血浆脂质、细胞内三酰甘油、磷脂池和肌纤维间脂肪组织中的三酰甘油池。肌肉做功时脂肪酸是最重要的脂质能源，并且是安静和轻至中度运动中有氧ATP形成的主要能源。当训练时间小于30min时，主要以糖供能为主；当长于30min时，由脂肪供能为主。故要消除脂肪，需亚极量运动超过30min。

（四）对消化系统的影响

1．对胃酸的影响　低强度运动对胃酸分泌或胃排空仅有轻微的影响。随着运动强度增加，胃酸分泌明显减少。但在慢性十二指肠球部溃疡，即使按50%的最大强度，在运动中或休息期也会出现高酸性反应，这一反应只能用自主神经功能异常反应来解释。

2．对肝功能的影响　长距离运动可使血清丙氨酸氨基转移酶、胆红素、碱性磷酸酶升高，不要误诊为肝病。运动有利于脂肪代谢及胆汁合成和排出，可降低肌肉中胆固醇，增加粪便排出胆固醇，且可减少胆石症的发生。

（五）对泌尿系统的影响

1．运动对水分的影响　运动时，体内水分因蒸发和水分子跨膜运动的综合影响而丢失，尤其是剧烈运动开始时，水分从血液中分布至活动肌细胞中，导致肌组织的高渗性。以后，再从细胞间隙或肌细胞内丧失水分。

2．运动对电解质的影响　剧烈运动后尿Na＋排出量减少，汗中Na＋浓度可达50mmol／L，（安静时为20mmo1／L，），但在活动时肌细胞中Na＋浓度不变，血浆中Na＋浓度可增高至600mmo1／L。

（六）对骨关节的影响

在正常情况下，骨不断由成骨细胞和破骨细胞维持钙、磷的平衡。在幼年时，由于骨骼生长较快，成骨细胞功能占优势，维持着骨的正平衡；至老年期，则破骨细胞的功能占优势，维持着骨的负平衡。因此，老年人都有不同程度的骨质疏松。运动有维持骨结构、营养软骨的作用，制动则可能使骨骼脱钙、软骨变薄破坏。

（七）对神经体液－激素的影响

运动可引起神经体液、激素（如交感－肾上腺系统、垂体－肾上腺系统、胰岛素、生长素系统、垂体－甲状腺系统、垂体－性腺系统、自由基等）分泌的改变。由于激素是由内分泌腺和具有内分泌功能的组织所产生的微量化学信息分子，它们被释放进入体液，或被扩散至靶细胞、靶器官，从而调节细胞或器官的代谢，并通过反馈性调节机制以维持内、外环境的适应和平衡。运动所引起的激素分泌改变，均有利于物质和能量代谢，以适应运动的需要。

（八）对免疫功能的影响

1．对B细胞功能的影响　B细胞是产生血清免疫球蛋白的主要细胞。运动中血清IgA、IgG、IgM均增高，运动停止后不久，即恢复正常。适量运动可提高这些免疫球蛋白。

2．对T细胞功能的影响　运动可影响CD4＋细胞和CD8＋细胞的数量，其中CD4＋细胞对运动反应比CD8＋细胞更为敏感。运动不仅影响其数量，而且影响其功能。运动强度愈大，免疫能力愈差；相反，轻至中等度运动则不至于引起对人体抵抗力的不利反应。

3．对自然杀伤细胞功能的影响　自然杀伤细胞（NK细胞）是一群具有自然杀伤能力的淋巴细胞，它不表达T或B细胞标志，因而属非T、非B淋巴细胞，它们不需要抗原预先致敏，就能直接识别杀伤病毒、感染细胞、肿瘤细胞以及移植组织细胞。适量运动可使NK细胞活性提高，而剧烈运动则相反。

4．对细胞因子功能的影响　细胞因子是由免疫细胞和非免疫细胞合成、分泌一类具有免疫调节作用的小分子多肽，其中与运动密切相关的有IL2、IL6、干扰素和肿瘤坏死因子。运动可引起的IL2、IL6功能和数量的变化，进而可对CD4＋细胞产生调节作用。

（九）对代偿功能的影响

运动是由一系列条件反射所组成，正常动作正是通过不断运动所形成和熟练。不运动可使复杂的条件反射消退，从而使动作生疏甚至遗忘。当由于各种伤病而导致肢体或功能丧失时，人类为了生存，必然需要产生各种代偿功能，建立新的条件反射来弥补丧失的肢体和功能。

人体产生的代偿有几种类型：

无需特殊的训练或适应而自发形成，如一侧肾切除，对侧肾即自动担负全身的排泄功能。

需训练才能形成的代偿功能，如肌肉、神经移植术后，由于改变了原先的功能状态，需要加以训练，才能产生需要的功能。

需要刻苦训练才能形成的代偿功能，如肢体残缺或偏瘫、截瘫后，必须通过系统训练，降低突触传导的阻力，才有可能在病灶周围网状神经突触联系中形成新的传导通路，或者用健侧肢体代替患侧肢体的功能，如用下肢代替丧失的上肢功能等。

这些功能只有通过不断强化，才能使条件反射建立得更加牢固，动作日臻完善。形成代偿功能的机制主要是来源于中枢神经特别是大脑皮质功能的可塑性。运动对这些代偿功能具有相当的作用。

（十）对精神和心理因素的影响

运动对精神、心理有较大的影响，特别是当患者看到自己参加运动并从中获益时，常常能对治疗恢复信心，有助于疾病的康复。