健美操运动健身理论的生理学基础

参加健美操运动的主体是人，人体内进行的物质代谢是生命活动的基本特征，物质代谢是合成代谢和分解代谢两个相互联系的过程，人体摄取的糖、脂肪、蛋白质等营养物质经合成代谢构筑人体的组成成分和更新衰老的组织，经分解代谢释放出其中蕴藏的化学能，这些化学能经过转化成为人体活动所需的能源，因此，我们把在物质代谢过程中所伴随着的能量释放、转移和利用的现象称为能量代谢。

一、健美操运动的物质代谢

人体不能直接利用太阳的光能，也不能利用外部供给的电能、机械能等能量，人体唯一能够利用的是摄入体内的糖、脂肪、蛋白质等营养物质中所蕴藏的化学能。

(一)健美操运动的糖代谢

1.运动与糖代谢

为了让健美操工作者更好地了解健美操运动的糖代谢，首先我们了解糖对人体的作用。

糖是人体组织细胞的重要组成成分，是健美操运动者所需能量的重要来源，一般情况下，人体每天所需能量的70%以上是由食物中的糖提供的，且糖在氧化时所需的氧较脂肪和蛋白质少，因此成为肌肉和大脑组织细胞活动所需能源的首选，是人体最经济的供能物质，由于健美操运动的负荷不同，糖在体内的代谢也不同，在通常情况下，糖在体内除供应能量外，还可以转变成蛋白质和脂肪。

当进行健美操运动时，首先动用肌糖原，肌糖原贮备最多，约为350～400克，随着运动时间的延长，当肌糖原耗尽且血糖下降时，此时肝糖原才被动员分解进入血液，肝糖原贮备与血糖关系密切，约为75～90克。

2.健美操运动对血糖的影响

正常人安静状态下血糖浓度的变化范围在3.9～5.9mmo1/L，经常进行健美操训练的人与正常人无区别，长时间的健美操训练可引起血糖水平下降，训练者会出现运动能力下降的现象。

马鸿韬博士对从事不同类别的健美操训练时血糖浓度的变化进行了研究，研究结果表明，在不同类别的训练中，血糖浓度的变化趋势是不一样的，在做完一套大众健美操和竞技健美操练习后，血糖水平呈现出上升的趋势，而在一节大众健美操课和竞技健美操训练课后，血糖浓度呈现出下降的趋势，且竞技健美操训练下降的更为明显，(表2-1)

表2-1　不同类别的健美操训练前后血糖浓度的变化

产生上述不同血糖浓度变化的原因主要是由于训练内容、训练强度的不同，以及由此而引起的神经系统兴奋性的不同所造成的，从一套操来看，竞技健美操所引起的神经系统兴奋性高，且强度大、内容丰富均促进了肝糖原的分解进入血液，但因一套操的时间较短，消耗的葡萄糖量少于从肝糖原动员的量，因此血糖水平比运动前有所升高，并且高于一套大众健美操，由于竞技健美操的强度大，在完成一堂训练课后，所消耗的糖量大于大众健美操所消耗的量，同时也大于糖原转化为葡萄糖的量，其结果表现为血糖下降。

3.补糖对健美操训练的影响

由于竞技健美操的运动强度和量都较大，能量消耗较多，训练前和训练过程中科学合理补充糖，可以大大提高竞技健美操的训练效果，研究结果表明，血糖水平的变化与训练前服糖时间的关系较为密切，训练前2小时服糖的效果较好，因为这种服糖方式，在训练开始前补充进入人体内的糖已完成肌、肝糖原的合成过程，在训练开始后，肌、肝糖原的动员进入血糖供给需要，保持较高的血糖水平。

在训练前1小时之内，不要大量补糖，因为此时补糖所引起的血糖升高，可导致胰岛素的大量分泌，而后者有很强的降血糖的作用，反而使血糖浓度下降，从而降低运动能力，产生不良的训练效果。

在训练过程中，最好饮用低浓度的含糖饮料，一方面是由于低浓度的饮料可促进渗透吸收作用，另一方面胃在短时间内只能排空少量的液体，而高浓度的糖水，会延长胃排空时间，对训练不利，也对糖吸收不利。

(二)健美操运动的蛋白质代谢

1.运动与蛋白质代谢情况

首先，我们先了解蛋白质的作用，蛋白质主要是由氨基酸构成的，氨基酸主要用于建造、修补和重新合成细胞成分以实现自我更新，也用于合成酶、激素等生物活性物质，也可作为机体的能源物质，健美操训练所联系最为密切的肌肉组织主要成分是由蛋白质组成。

蛋白质在代谢过程中不像糖和脂肪那样能在体内贮存，一般情况下正常成人每日摄取蛋白质的量与他每天所消耗的量几乎是相等的。

健美操训练不论是大众健美操还是竞技健美操都会促进蛋白质分解和合成代谢，通过健美操训练消耗掉了部分的蛋白质，也必将破坏许多组织细胞，从而加强蛋白质的修补和再生过程，因此，健美操训练必需要有针对性地增加一些蛋白质的补充，如谷氨酞胺、a—酮戊二酸以及由多种氨基酸共同组成的蛋白粉等，以保证健美操训练的效果和健美操练习者的肌肉质量。

蛋白质是骨骼肌纤维的主要成分，蛋白质是由结构较为简单的氨基酸组成，各种不同的氨基酸组成不同种类和营养价值各异的蛋白质。

2.补充蛋白质对健美操运动的影响

健美操的练习者在补充蛋白质的过程中，一定要考虑其补充蛋白质的成分，如大量实验研究表明:比例为2∶1∶1的亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸三种氨基酸的混合物，在促进肌肉力量的增长方面是最基本和最关键的物质，尤其是可以满足大强度负荷后，机体对蛋白质的需求，因此，常被作为大强度运动后较为理想的营养补剂，而其中的亮氨酸不仅是肌蛋白的结构分子，而且能升高体内三大关键促进合成激素的释放，同时还能抑制分解，其次它还可诱发生长激素、胰岛素的分泌，创造良好的激素环境，能抑制由于健美操训练诱发的不利于肌细胞的破坏因素，它还能非激素式地促进肌纤维内主要蛋白的新陈代谢，因此，它的使用可最大限度地减少蛋白质在体内的分解和破坏，其结果可以使健美操运动员的肌肉力量大幅度增长，由于它有促进蛋白合成的作用，造就了它不是健美操训练前服用的营养补剂，其最佳的服用时间是在健美操训练后的恢复期，(图2-1)

图2-1　口服HMB对力量和瘦体重的影响

健美操运动员的肌肉力量与质量十分重要，肌肉力量和质量的关键是谷氨酞胺充足与否，因此，可以在健美操训练过程中补充谷氨酚胺以提高训练的强度及质量，几乎所有的其他氨基酸都仅含有一个氮原子，而谷氨酞胺含有两氮原子，所以它具有最高的生物价，在健美操大强度训练后，肌肉内的谷氨酞胺含量会失掉40%以上，所以在超负荷训练后补充谷氨酞胺是促使肌肉疲劳快速恢复的重要手段之一。

总之，不论在训练前及训练后补充谷氨酞胺均可收到良好的效果，而教练员最为关心的补充的量的问题应该是根据健美操不同项目、不同性别、不同训练内容以及不同健美操练习者的吸收情况，与科研人员密切配合，加强生理指标的检测，有针对性地寻找到不同健美操练习者补充营养补剂的数量和服用时间以及与健美操训练强度的关系。

值得注意的是:部分健美操的教练员和运动员错误地认为增加蛋白质营养会促进肌肉组织的增长，但大量的实验证明必须在进行渐进性的力量训练前提下，合理地补充蛋白质营养才能使肌肉力量增长，而只在比赛前或赛前调整期才大量补充氨基酸甚至静脉输人大量氨基酸均会导致体内酸碱平衡失调，反而引起健美操练习者机能水平下降。

蛋白质的代谢过程受几种激素的调节，甲状腺素和肾上腺素能促进蛋白质的分解，表现为甲亢时，甲状腺素分泌增加，人体蛋白质分解增加，人体逐渐消瘦，而生长激素分泌增加时，表现为人体蛋白质合成增加，肌肉健壮。

(三)健美操运动的脂肪代谢

1.运动与脂肪代谢的情况

首先了解一下脂肪对人体的作用，脂肪大部分贮存在皮下结缔组织、内脏器官周围、肠系膜等处，身体内贮存的脂肪不是恒定不变的，而是不断地进行更新，一般脂肪约占体重的10%～20%，肥胖的人可达到40%～50%，脂肪除能由食物中获得外，还可以在体内由糖或蛋白质转变而成，脂肪除作为含能量最多的物质外，还可以起到保护器官，减少磨擦和防止体温散失等作用。

人体内的脂类分真脂和类脂两大类，食物中常用的动植物脂肪都是真脂。

真脂是甘油及脂肪酸组成的甘油脂，其主要生理功能为供给机体热能，供给机体必需的不饱和脂肪酸，如目前国内外比较流行的一种脂肪酸(Conjugated Linoliec Acid，共轭亚油酸)，它可通过大幅度降低人体内激素的分解、破坏，以提高人体内的激素水平，而达到肌肉促长的目的，对肌肉增长缓慢和肌肉力量不足的健美操练习者训练后服用有较明显的促进作用。

类脂是组织和细胞的组成成分，在运动员营养中有特殊的作用，有提高机体抗缺氧的能力。

在健美操运动实践中，关于脂肪代谢的研究的总的趋势认为，只有长时间运动时才能动员脂肪供能，随运动时间延长，脂肪供能比例增加；运动训练可提高机体氧化利用脂肪酸供能能力；长期运动可改善血脂升高，降低血浆中低密度蛋白质(LDL)，增加血浆中高密度蛋白质(HDL)含量；长期运动可减少体脂的积累，改善身体成分。

二、健美操运动的能量代谢

物质代谢和能量代谢是两个紧密联系的过程，在能量代谢过程中可使糖、脂肪、蛋白质等能量物质中所蕴藏的化学能释放出来，供健美操运动时所利用，测量能量代谢率，可以了解健美操运动的能量消耗程度，对健美操能量代谢的研究，可以为健美操的训练进一步科学化提供一些有价值的参考资料。

(一)氧热价和食物热价

食物在体内氧化过程中，每消耗一升氧所产生的热量，称为氧热价，而每一克食物完全氧化时所产生的热量，称为该食物的热价。

由于在各种食物中，碳、氢、氧三种元素的含量不同，因此各种食物在氧化时所消耗的氧量和产生的二氧化碳量都不相同，在人体内，糖、脂肪、蛋白质是同时进行氧化的，如果在氧化的物质中，糖含量多，氧热价就高，如果氧化的脂肪多，氧热价就较低，(表2-2)

表2-2　三大营养物质氧热价和产热量表

(二)呼吸商

三大营养物质糖、脂肪、蛋白质在体内氧化时所产生的二氧化碳与所消耗的氧的容积之比，称为呼吸商，由于三大营养物质的碳、氢、氧含量不同，所以在体内氧化时所需要的氧容积和所产生的二氧化碳的容积不同，因此呼吸商也不一样，(表2-3)

表2-3　三大营养物质氧化时的指标变化

马鸿韬、孟宪君两人对北京体育大学从事竞技健美操的运动员在备战2002年全国健美操锦标赛的赛前训练过程中，在完成比赛套路动作后呼出气中氧和二氧化碳含量进行了分析(图2-2，图2-3)。

图2-2　女运动员完成一套操后呼出气中氧和二氧化碳的含量

图2-3　男运动员完成一套操后呼出气中氧和二氧化碳的含量

从图中可以清晰地看出运动员完成一套准备参加比赛时采用的竞技健美操套路后，呼出气中氧和二氧化碳的含量除六人操外，均表现为产生的二氧化碳的量超过了所消耗的氧量，呼吸商均大于1，说明竞技健美操已从刚起步时的有氧代谢为主的运动过渡到无氧代谢为主的运动，竞技健美操运动二氧化碳的产生量大于氧的消耗量表明为竞技健美操训练过程中，以无氧代谢为主，产生了大量的乳酸，而在消除乳酸的过程中，由碳酸氢钠与乳酸结合，生成碳酸，进一步分解为二氧化碳从而增加了二氧化碳的产量。

(三)健美操运动过程中的能量代谢

健美操训练时，能量消耗明显增加，增加的幅度取决于健美操训练时的强度和持续时间以及健美操练习者的训练水平以及对新动作的掌握程度。

1.ATP—CP系统

磷酸肌酸(以下简称CP)是贮存在肌细胞中与三磷酸腺苷(以下简称ATP)，紧密相关的另一种高能磷化物，分解时能放出能量，当肌肉收缩且强度很大时，随着ATP的迅速分解，CP随之迅速分解放能，肌肉在安静状态下，高能磷化物以CP的形式积累，故肌细胞中CP的含量约为ATP的3～5倍，尽管如此，其含量也是有限的，随着运动时间的延长，必须有其他能源完成供应ATP再合成才能使肌肉活动持续下去。

2.糖无氧酵解供能

糖无氧酵解是机体处于缺氧情况下的主要能量来源，糖无氧酵解以肌糖原为原料，在把葡萄糖分解成乳酸的过程中生成ATP。

糖无氧酵解供能的特点是不需要氧但产生乳酸，因此，竞技健美操在缺氧情况下仍能产生能量，以供体内急需用，那么了解竞技健美操的糖无氧酵解能力的影响因素，从而更好地为提高竞技健美操水平服务。

糖无氧酵解能力受以下几个方面的因素影响。

(1)体内糖原的含量，当肌糖原的消耗超过一定限度时，糖酵解速度迅速下降，可以说糖酵解潜力的大小在很大程度上取决于肌糖原的含量的多少，因此，要想提高健美操训练者的糖酵解能力，增加体内肌糖原的含量是一个快速有效的方法。

(2)人体对酸性产物的缓冲能力，在竞技健美操运动中，体内由于酸性产物过多而引起PH下降幅度过大时，可导致糖酵解的关键酶的活性降低，从而使糖酵解能力下降，维持氢离子浓度指数即，PH稳定的主要物质是体内碳酸氢钠即NaHCO3，当无氧酵解产生的酸性物质进入血液，与血浆中的NaHCO3发生作用，形成碳酸(弱酸)，碳酸又解离为二氧化碳由呼吸器官排出，从而减低了酸度，维持了血液的酸碱度，在健美操训练过程中，可以通过在训练过程中补充碱性饮料，增强机体对酸性产物的缓冲能力来提高糖的无氧酵解的能力。

(3)脑细胞对酸的耐受能力，在健美操训练中，当体内PH下降超过一定限度时，可导致神经细胞的兴奋性降低，运动能力下降，经过系统的健美操训练可使人体脑细胞对酸的耐受能力大大提高，表现为随意停止呼吸时间延长，而随意停止呼吸时间的长短是评定呼吸中枢对缺氧和二氧化碳增多的耐受性的重要指标，马鸿韬博士对不同健美操训练水平者随意停止呼吸时间长短以及随意停止呼吸结束时呼出气中二氧化碳含量的测试后发现，系统健美操训练可使随意停止呼吸时间延长呼出气中二氧化碳含量升高，说明训练可使脑细胞对酸的耐受能力提高，(图2-4)

图2-4　不同水平人憋气时间和呼出二氧化碳含量

3.糖和脂肪的有氧氧化供能

高水平的健美操训练有氧能力可更快速、有效地消除无氧代谢过程积累的乳酸，因此，可以说有氧健美操的训练能力是竞技健美操训练能力的基础，总而言之，肌肉活动的直接能量来源是ATP，而肌肉活动所需能量的最终来源是糖和脂肪的有氧氧化，因此有氧健美操的训练非常重要，下面我们了解一下有氧健美操训练的基础知识。

有氧健美操训练的最基本条件是充足的氧供应，空气中的氧首先经过呼吸器官而弥散人血液，红细胞内含的血红蛋白随即与氧结合，而后再经循环系统，使血液沿血管流到肌肉组织附近，这时红细胞释放出氧，氧又经过一次弥散进入肌肉组织，肌肉中的糖原、脂肪在酶的作用下利用这些氧进行有氧代谢，因此，氧从空气到肌肉的过程中，所经过的每一系统都可以成为它的影响因素。

(1)呼吸系统，肺通气量越大，吸入体内的氧量也就越多，还要与呼吸频率和呼吸深度有关，由于解剖无效腔的存在，在健美操训练过程中主要加大呼吸深度以消除解剖无效腔的影响，以提高氧进入体内的效率。

(2)血液系统，血红蛋白是执行氧运输任务，血红蛋白的数量是影响有氧耐力的很重要因素，正常人血红蛋白的含量为12～15g/dL (男)，11～14g/dL(女)，如果低于这一限度，必将会影响到健美操练习者的有氧代谢能力，因此在训练过程中进行定期的测量，了解血红蛋白的含量是必要的，能及时发现问题及时解决，做到防微杜渐。

(3)循环系统，心脏泵血功能的好坏是影响有氧健美操训练的一个十分重要的因素，有研究表明，在训练的初期有氧氧化能力的增加主要依赖心输出量的增加。

(4)肌肉组织利用氧的能力，经过系统的健美操训练，肌肉组织利用氧的能力会明显增加，表现为动静脉氧差的增加，经过一段时间的健美操的训练，反应指标明显，由此可以判断健美操练习者的肌肉组织利用氧能力的高低。

(四)健美操训练对能量代谢的影响

通过系统健美操训练，可以提高人体的供能能力，表现为在完成同样强度的健美操套路时，需氧量减少，能量消耗量也减少，也就是说，在完成同样的运动负荷时，有训练者消耗的能量较少。

系统的健美操训练，可使练习者进一步熟练掌握健美操的动作技巧，使动作完成过程中更协调自如，减少了多余动作，从而使能量的利用更加经济，同时，系统的健美操训练也提高了呼吸、循环等系统的机能水平，工作效率的提高减少了消耗于供能器官本身的能量，所节省下来的能量可更好地发挥在强度的保证和难度动作的开发上。