有氧和无氧运动中你应该了解的一些概念

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◎教学目的：通过本讲内容的学习，使学生对人体的有氧、无氧工作能力的有关知识有初步的了解。                                                                                       

◎内容提要：本章主要介绍最大摄氧量和乳酸阈的基本概念、测定方法和影响因素

◎本章重点：（1）最大摄氧量
                        （2）乳酸阈

◎本章难点：最大摄氧量的基本概念、测定方法和影响因素

◎教学手段与方法：讲授、提问、讨论、power point 课件演示
第一节  概述
一、需氧量、吸氧量、耗氧量
需氧量：是指人体单位时间内所需的氧量。
成年人静息时为了维持各组织器官的基本生理活动，约需O2 250ml/min，3.5ml O2/kg体重，儿童的代谢水平比成人高，故静息时按千克体重计算需O2量高于成人，反之，老年人低于成人。
总需氧量：肌肉活动期与恢复期所需要的氧量。
从事某项运动的净总需O2量=运动时摄O2量+恢复时摄O2量-安静时每分摄氧量×（运动时间+恢复时间）
运动强度愈大，持续时间愈长，总需氧量的绝对值愈大。但总需O2量的绝对值不反映运动强度，仅与持续时间有关。每分需O2量在反映强度方面具有明显意义。研究表明，每分需O2量与运动强度的平方成正比。
摄氧量（吸氧量）：在肺换气过程中，由肺泡腔扩散到肺毛细血管，并供给人体实际消耗或利用的氧量。
耗氧量：人体单位时间所消耗的氧量称为耗氧量。
由于人体内不能大量贮存O2，所以在通常情况下，人体在单位时间内的吸氧量等于同一时间内的耗氧量。并均以VO2表示。
二、氧亏和运动后过量氧耗
氧亏：需氧量与供氧量之差称为氧亏。
氧债：把恢复期内高于基础水平的氧耗称为氧债，即指在运动结束后用以偿还氧亏的那部分氧量，其值等于运动后恢复期的总耗氧量减去同一时期的静息耗氧量。
根据经典的氧债理论把氧债可分为非乳酸氧债和乳酸氧债两部分：
1、非乳酸氧债（快成分）（ATP和CP的消耗并不伴有乳酸的产生积累）。
非乳酸氧债：是指在没有乳酸堆积的那部分氧债，它主要是用以重新合成ATP和CP所需之O2。
2、乳酸氧债（慢成分）
肌肉在缺O2条件下，较长时间的活动主要依靠肌糖元酵解生成乳酸来供能。在酵解过程中乳酸不断堆积。
乳酸氧债：为了氧化一部分乳酸而使其余部分的乳酸还原成肌糖元所亏负的氧量。相当于人体总氧债的70%左右。偿还乳酸氧债延续的时间较长，所以称为氧债中的慢成分。
人体负氧债的能力随训练水平的提高而增强，一般人在剧烈运动中约能负10L氧债，受过良好训练的人，负氧债能力的上限可达15-20L，世界优秀的中距运动员，其负氧债能力可达15-20L。根据儿少心肺功能发育尚未成熟，故估计儿少负氧债的绝对值较成年少。
运动后过量氧耗（EPOC）:运动后恢复期为了偿还运动中的氧亏，以及使处于高水平代谢的机体恢复到安静水平消耗的氧量。
近年来的研究对经典氧债学说提出挑战，认为运动后过量氧耗，并不完全用于偿还运动中的氧亏（大于氧亏），还用于解决以下几种需要：
①因剧烈运动后体温仍处于较高水平所需要的O2。
②血液中儿茶酚胺仍处于较高水平：加强细胞膜Na、K泵的活动
③CP再合成
④Ca2+的作用：刺激线粒体呼吸。
⑤甲状腺素和肾上腺皮质激素的作用：加强细胞膜Na、K泵的活动
实验证明：给狗注射去甲肾上腺素，其骨骼肌的耗O2量增加40%。
现已证明：肌温是运动后耗O2量保持较高水平的重要原因之一。
实验证明：肌温与氧耗的恢复曲线是同步的。据估称，温度的代谢效应可能占运动后恢复期耗氧量慢成分的60-70%。
根据近代的研究资料，建议用"运动后过量氧耗（EPOC）"来代替氧债，因为氧债并不能反映运动后氧耗水平较高的真正机制。反而引起一种错觉，认为运动后恢复期内耗O2之所以较高，纯粹是由于偿回运动过程中欠下的债务所致。
第二节  有氧工作能力
一、最大吸氧量（最大摄氧量）VO2max
最大吸氧量量指人体在进行有大量肌肉群参加的力竭性运动中，当氧运输系统中的各个环节的贮备力都已被动员而达到本人最高水平时，人体在单位时间内能摄取的最大氧量（min）。
（一）VO2max的表示方法与参考值
最大吸氧量有两种表示方法：
1、绝对值：表示整个机体在单位时间（min）内所能吸取的最大O2量。我国青年学生VO2max为3.5l/min，因为个体的身高体重差别很大，因此用绝对值进行个体间的横向比较是不适用的。
2、相对值：最常用的按每千克体重计的VO2max（ml/kg/min）。一般来说，（性别）我国男大学生VO2max在50-55ml/kg/min，女大学生比男低10%左右，（年龄）VO2max在儿少期间随年龄增长而增长，青春发育期后开始有性别差异，
男子在18-20岁时达到峰值，峰值能保持到30岁左右（女子在14-16岁时达到峰值，峰值能保持到25岁左右），以后VO2max随年龄而递减，9%/10年。如坚持锻炼，可以延续。
（项目）耐力训练可促进VO2max的增大。据国外报道，男子越野滑雪运动员最高的VO2max达94ml/kg/min，女子85ml/kg/min。
横向研究也表明，耐力性项目如越野滑雪运动员和长跑运动员的VO2max最大，短跑运动员的VO2max最小。
（二）VO2max的测定方法

• 直接测定法
• 间接测定法
  
  • VO2max的影响因素
    

VO2max是衡量人体有氧工作能力的重要指标。前已指出，人体有氧工作能力决定于机体氧运输系统的运氧能力和肌肉利用O2的能力，事实上VO2max也决定于这两个因素。根据大量的研究可以肯定，制约运O2能力因素是心脏的泵血功能，故将心脏的泵血功能称为最大吸氧量的中央机制，而把肌肉的用氧能力称为最大吸氧量的外周机制
1、运输系统对VO2max的影响

• 肺
• 血红蛋白
• 心脏的泵血功能
  

①耐力运动员静息心率明显低于无训练者，并且在极量运动时，有训练者的心率增大幅度也低于无训练者，因此有训练者的心率储备要比无训练者大。换言之，有训练者要在更大负荷时才达到HRmax，而无训练者在较低负荷时就达到HRmax。
②SVmax的大小是最大吸氧量中央机制的又一个重要方面。SVmax的大小决定于心脏容积和心肌收缩力。有许多实验证明，耐力训练可使心室腔增大，常人的心容积为700-800ml，而耐力运动员可达900-1000ml，耐力训练引致心脏增大为增进SVmax提供了形态学基础。据研究心容积与最大吸氧量密切相关。但更重要的是耐力训练使心肌的收缩力增强，这是增进SVmax的生理基础。
2、肌肉利用氧能力对VO2max的影响
①肌纤维类型
研究表明，耐力训练可导致慢肌纤维线粒体增大、增多，线粒体氧化酶活性增加，故使其进一步提高氧的摄取和利用。此外，耐力训练可导致快肌纤维的生理和代谢特征在一定范围内向慢肌纤维的方向转变，使其摄O2和利用O2的能力也有所增进（增进不明显）。
②肌肉的供血量
肌肉的供血量除与心泵功能有关外，还与血液的重新分配有关。Rowell（1974）指出，在最大运动时，即使不考虑心输出量的增加，仅从腹腔内脏和肾血管的收缩，每分钟就可腾出2.2L血液分配到活动肌肉中去，这样可使吸氧量增加500ml/min左右。训练导致心血管系统的调节功能的改进，有利于运动时肌肉获得更多的血液供应，从而使VO2max得以提高。
耐力训练导致肌肉代谢改变，从而有助于VO2max外周机制的增进。
3、遗传对最大吸氧量的影响
近年来对双生子VO2max的研究表明，VO2max的遗传度为93.4%，亦就是说，VO2max受遗传影响较大。

• 年龄和性别对最大吸氧量的影响
  

男子在18～20岁VO2max达峰值，并能保持到30岁左右；女子在14～16岁VO2max达峰值，并能保持到25岁左右。以后岁年龄增加而递减。VO2max性别差异的原因是女子心容积、血红蛋白含量、心输出量等均比男子小。
（3）训练因素
最大吸氧量既然是人体有氧工作能力的指标，耐力性运动属有氧工作范畴，所以训练导致VO2max的增进，可能是耐力项目运动成绩提高的生理基础。从VO2max与不同距离的跑步成绩之间的相关分析表明，跑步的距离越大，其成绩与VO2max的相关也愈明显，证实了耐力跑的成绩与VO2max有紧密正相关。但耐力跑的成绩并非全部决定于VO2max，例如，世界马拉松跑冠军的VO2max也有不如第4-5名选手的报道。另外有些项目的优秀选手，经过几年训练，VO2max增进很少，但运动成绩提高的幅度较大。可见决定耐力跑成绩的因素是很多的，VO2max高低只能看作是取得耐力跑优秀成绩的一个重要条件而已。
二、乳酸阈（LT）
乳酸阈：是指在递增运动负荷过程中，血乳酸浓度随运动负荷的递增而增加，当运动强度达到某一负荷时，血乳酸出现急剧增加的那一点称为乳酸阈，这一点所对应的运动强度即乳酸阈强度。人体内的代谢供能方式由有氧代谢为主开始向无氧代谢过滤的临界点。
已知道，人体在递增负荷的运动中，当需O2量超过了当时的供O2水平时，细胞内将以糖元酵解过程以使ATP的再合成，而酵解的进行将导致乳酸的生成增多，将导致内环境的稳态破坏。为了建立新的平衡，体内将动员缓冲系统，以保持稳态。
研究中所选择的指标方向不同：
通气阈（VT）：测定通气量与吸氧量的增加失去线性相关的拐点来确定的无氧阈。
乳酸阈（LT）：凡以血乳酸突然升到4mmol/L（1.4～7.5）的拐点的无氧阈。
乳酸阈值的高低也是反映人体有氧工作能力的指示，即乳酸阈值越高，其有氧工作能力越强；反之，若乳酸阈值低，那么，其有氧工作能力亦低。
乳酸阈值是表明人体VO2max实际上可能利用的百分比，据认为，它比VO2max的价值更大，因为在体内代谢过程中，实际上任何人在任何情况下都不会达到VO2max以后才转向乳酸代谢，因而这个转折点了现的迟早，可反映有氧能力的高低。
如；甲运动到40%VO2max时已达到乳酸阈，而乙要到60%VO2max
乳酸阈值低（有氧能力低）         乳酸阈高（有氧能力高）
1、乳酸阈的表示方法和正常值
表示方法：以乳酸阈时的吸氧量占本人VO2max的百分比来表示。无训练的健康男子的乳酸阈大约为55-65%VO2max。日本体育系大学生的乳酸阈大约为66.3%VO2max。日本运动员的乳酸阈大约为69.2%VO2max。
总之，有训练者之乳酸阈高于无训练者。耐力运动员的乳酸阈比非耐力运动员为高。有许多学者指出，耐力运动员和非耐力运动员的VO2max可以相差不大，但AT的差别必定很大。
2、训练对乳酸阈的影响
研究表明，通过训练，尤其是耐力训练使乳酸阈提高。
3、乳酸阈的应用
①评定耐力水平的指示
乳酸阈值主要反映肌肉的氧化能力，与VO2max的中央机制相比较，它较少受遗传的影响。亦就是说，乳酸阈的可训练性较大。
Davis（1979）报道，通过9周耐力训练，VO2max提高25%，AT增长44%。
Mader（1979）发现自行车运动员经过几年的系统训练，VO2max增进甚少，但乳酸阈值却增加了12%。
Conconi认为，VO2AT（ml、kg-1、min-1）每提高1ml，10000m跑的成绩可提高20s。有人认为，用AT指标可以解释耐力素质7l%，而VO2max只能解释36%。故在评价耐力水平，训练效果等方面，AT优于VO2max。
②作为发展耐力的训练强度
Kiresen（1980）把6名游泳运动员分为两组，一组用高于AT的强度训练。另一级用AT强度训练，虽然这两组的训练都能提高VO2max最大乳酸能力，最大非乳酸能力和100m、400m的游泳成绩。从表中可以看出，用AT强度训练的代谢效果较小，但能大幅度提高游泳成绩，即用较小的生理消耗获得更大的成绩提高。

训练              VO2max   最大乳酸能力   最大非乳酸能力  100m成绩   400m成绩

                               
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高于AT强度的训练  +11.42       +13.10        +11.42         +1.63     +4.63
AT强度的训练      +3.08        +2.62         +2.07          +2.07     +8.18

                               
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【小结】

• 需氧量是指人体为维持某种生理活动所需要的氧量。每分需氧量反应运动强度的大小；总需氧量反应运动时间。
  

2、需氧量与供氧量之差称为氧亏。运动后恢复期为了偿还运动中的氧亏，以及使处于高水平代谢的机体恢复到安静水平消耗的氧量称为运动后过量氧耗（EPOC）。运动后过量氧耗受体温、血液中儿茶酚胺、CP再合成、Ca2+的作用、甲状腺素和肾上腺皮质激素等因素的影响。
3、最大吸氧量指人体在进行有大量肌肉群参加的力竭性运动中，当氧运输系统中的各个环节的贮备力都已被动员而达到本人最高水平时，人体在单位时间内能摄取的最大氧量（min）。最大吸氧量是评定人体有氧工作能力的重要指标之一。氧运输系统的机能、肌肉组织利用氧的能力、遗传、年龄、性别和训练水平。在运动 实践中最大摄氧量可作为评定运动员心肺功能和有氧工作能力的客观指标,也可以作为 运动员选材的生理指标和制定运动强度的依据。
4.在渐增负荷运动中,血乳酸浓度随运动负荷的递增而增加,当运动强度达到某一负荷时,血乳酸出现急剧增加的那一点(乳酸拐点)称为"乳酸阈"。乳酸代谢存在较大 的个体差异,因此,将个体在渐增负荷中乳酸拐点定义为"个体乳酸阈"。个体乳酸阈 更能客观和准确地反映机体有氧工作能力的高低。用个体乳酸阈可以更好地指导运动训 练。
在运动实践中应用个体乳酸阈可以评定有氧工作能力、制定有氧耐力训练的适宜强度。
【思考题】
1.试述最大摄氧量的生理机制及其影响因素。
2.用间接法推算最大摄氧量的原理是什么?目前常用的有哪些方法?
3、试述个体乳酸阈在体育运动中的理论与实践意义。
4、解释名词：最大摄氧量、乳酸阈、运动后过量氧耗、氧亏、总需要量
【主要参考文献】

1。体育学院通用教材:《运动生理学》,北京,人民体育出版社,1990。

2。王步标、华明、邓树勋等:《人体生理学》,北京,高等教育出版社,1994。

3 。邓树勋、洪泰田、曹志发等:《运动生理学》,北京,高等教育出版社,1999。

4。杨锡让等:《实用运动生理学》,北京,北京体育大学出版社,1998。

5。J.A.布茹克斯、汤姆士D.法哈著,杨锡让等译:《运动生理学》,北京,北京体育 大学出版社,1988。

6。张镜如等.生理学[M].北京:人民卫生出版社, 1994.

7。王瑞元等.运动生理学[M].北京:人民体育出版社, 2002.

8。钟国隆等.生理学[M].北京:人民卫生出版社, 1998.