第三章 体育锻炼与心肺功能适应能力

第一节 体育锻炼时的能量供应

一、无氧供能

无氧供能包括在无氧或氧供应不足情况下高能磷酸化合物（腺嘌呤核苷三磷酸和磷酸肌酸）分解供能及糖酵解供能，前者称非乳酸能，后者称乳酸能。

非乳酸供能是指运动开始时，所有能量都由腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）和磷酸肌酸（CP）供给的。ATP和CP的分解不需要氧也不产生乳酸。磷酸肌酸是由肌酸合成的高能磷酸化合物，存在于肌质中，含量是ATP的数倍，CP在酶的作用下可迅速分解，使ADP（二磷酸腺苷）合成ATP。非乳酸供能是短时间、大强度运动的主要供能方式。

乳酸供能是指由肌糖原或葡萄糖分解为乳酸时放出的能量，此能量由二磷酸腺苷（ADP）接受，合成ATP。乳酸供能产生乳酸，乳酸的积累可导致疲劳。乳酸供能是速度、耐力等体能的基础，人在从事时间较长、运动强度较大的身体活动时，乳酸供能比例较大。

二、有氧供能

在氧供应充足条件下，糖类（葡萄糖或肌糖原）和脂肪被氧化成二氧化碳和水，并释放出大量能量，这一过程称为有氧供能。有氧供能释放出大量能量，供ADP再合成ATP。除糖类和脂肪可氧化供能外，蛋白质也可氧化供能，但比例较小。运动初期糖是主要的供能物质。随着时间的延长，脂肪供能比例增加，蛋白质也将参与供能。有氧供能是耐力运动的基础。

无氧供能和有氧供能是人体在不同运动强度下，根据需氧量的不同，所表现出的两种供能方式，两者紧密相连，不可分割，只是比例有所不同而已。如持续10s以内的最大强度运动几乎完全依靠无氧供能；持续几十分钟甚至几小时的运动，有氧供能占主导地位；而在800m跑中，有氧供能和无氧供能的比例相差不大。

第二节 体育锻炼与心肺系统

一、肺系统简介

心肺系统是指在功能上有密切联系的循环系统和呼吸系统。心肺系统负责把氧气和营养物质运输到组织，同时把代谢废物（如二氧化碳等）排出体外。体育锻炼时，骨骼肌代谢增强，需氧量大增，机体通过调节，使心肺系统活动加强以满足运动的需要。

1．循环系统

循环系统是由心脏和血管组成的管道。心脏实际上是由两个分开的血泵构成：右心，泵血通过肺，称肺循环；左心，泵血通过身体各部分，并通过毛细血管与组织进行气体（氧气和二氧化碳）和营养物质的交换，交换后动脉血变为静脉血，通过静脉回流至心脏。肺循环把静脉血泵至肺，在肺部静脉血结合氧气，排出二氧化碳，重新成为动脉血并加流至左心。

心脏每分钟所泵出的血量称心输出量，正常成年男子安静时的心输出量约为5L/min，剧烈运动时可达20L/min，而训练良好的马拉松运动员可高达35～40L/min。心输出量受心率（心脏每分钟跳动的次数）和每搏输出量（心脏收缩一次的射血量）的影响。体育锻炼时，心输出量会因心率或每搏输出量的增加而增加。无论男性还是女性，最大心输出量在20岁以后都开始下降，这主要是由最大心率的下降引起的，不同年龄人群的最大心率可由下式获得：

最大心率（HRmax）: 220-年龄（岁）

如20岁时最大心率为200次/分（220-20=200）, 60岁时为160次/分（220-60=160）。

血液通过动脉时对血管壁造成的压力称为血压。血压通常用血压计在肱动脉处测量。心脏收缩时血压达最高值，称为收缩压；心脏舒张时血压达最低值，称为舒张压。高血压是指收缩压高于140mmHg或舒张压高于90mmHg。

2．呼吸系统

呼吸系统的主要功能就是进行气体交换，吸气时，空气进入肺，氧气扩散至血液，二氧化碳由血液扩散至肺并通过呼气排出体外。

人体运输和利用氧的最大能力称最大摄氧量。最大摄氧量是反映心肺功能适应能力最有效的指标。在不同强度下运动时机体耗氧量是不同的，在摄氧量未达到最大摄氧量之前，摄氧量与运动强度呈线性关系，因此常用最大摄氧量的百分比（%VO2max）表示运动强度。最大摄氧量代表心肺系统输氧能力的生理极限。

二、体育锻炼时心肺系统功能的变化

体育锻炼时机体需氧量增加，循环系统和呼吸系统通过不同调节机制增加摄氧量以满足对氧的需求。

1．循环系统

为了满足机体锻炼时对氧的需求，运动肌肉的血流量会增加，运动肌肉血流量的增加是心输出量增加和血液再分配的结果。

血液再分配是指运动时内脏血流减少，而运动肌肉却血流增加；心输出量的增加可包括心率的加快和每搏输出量的增加。

运动强度越大心率越快。由于心率很容易测定，因此测量心率被认为是确定运动强度的标准方法之一。体育锻炼时收缩压也增加，但舒张压变化不大。收缩压的增加可加快血液向运动肌肉流动，不仅可以运输更多的氧，而且可带走更多的代谢废物。

2．呼吸系统

呼吸系统的功能就是维持动脉血内氧和二氧化碳的恒定。身体运动时呼吸频率加快，以摄入更多的氧和呼出更多的二氧化碳。当运动的强度小于50%VO2max后，呼吸频率迅速增加以摄入更多的氧和呼出大量的二氧化碳。

第三节 提高心肺功能适应水平的运动处方

在制定运动处方之前，必须了解自己的心肺功能适应水平和健康状况。运动处方中的每次锻炼都应包括以下三个主要组成部分：准备活动、锻炼模式和整理活动。

1．准备活动

准备活动的目的是加快心率、升高体温，并增加肌肉的血流量。准备活动通常是进行5～15min舒缓的运动，这可使机体逐渐适应剧烈的运动。选择不同方式锻炼时，准备活动的具体内容有所不同。如选择步行作为锻炼方式，可按以下步骤进行准备活动：

1）1～3min轻松的健身操（或类似的活动）练习。

2）1～3min的步行，心率控制在高于平时的20～30次/min。

3）2～4min的拉伸练习（可任意选择）。

4）2～5min的慢跑并逐渐加速。

如果选择其他的锻炼方式而不是跑步，在按照以上步骤的同时以相应的活动方式替代步骤2和步骤4即可。

2．锻炼模式

锻炼模式是运动处方中最主要的组成部分，它包括锻炼方式、频率、强度和持续时间等。

（1）锻炼方式

常见的增强心肺功能适应能力的锻炼方式有步行、慢跑、骑自行车和游泳等，凡是有大肌群参与的慢节奏的运动都可以作为锻炼方式。

在选择锻炼方式时，首先应选择你喜欢的运动，只有从事喜欢的运动，你才容易坚持下去，其次要考虑到可行性和安全性。冲击力强的运动比冲击力小的运动（如游泳和骑自行车）更易引起锻炼者受伤。对于容易受伤的人来说，最好选择冲力小的锻炼方式，而很少受伤的人可以任意选择锻炼方式。

以往，人们常常只选择单一的锻炼方式，这不仅枯燥无味而且容易受伤。建议你采用综合性的锻炼方式，最好一次锻炼包括不同的练习内容。

（2）锻炼频率

一周进行两次锻炼就可增强心肺功能适应能力，锻炼3～5次可使心肺功能达到最大适应水平，且受伤的可能性减小，但一周锻炼超过5次并不能引起心肺功能适应水平的进一步提高。

（3）运动强度

运动强度接近50%VO2max时即可增强心肺功能适应能力，故常把这一强度称为锻炼阈，目前推荐的运动强度范围为50%～85%最大摄氧量。

在确定运动强度时，心率指标比最大摄氧量指标更实用，因此常用心率间接地表示运动强度。只有超过一定强度的运动才能有效地引起机体的适应，该强度所对应的心率称目标心率。目标心率常以最大心率的百分比表示。50%和85%最大摄氧量的运动强度所对应的心率值分别为70%和90%最大心率，因此目标心率是70%～90%最大心率，最大心率计算方法是220-年龄，如年龄为20岁的大学生目标心率的计算方法如下：

最大心率=220-20（岁）=200次/min，目标心率则为：200次/min×70%=140次/min, 200次/min×90%=180次/min

应该指出的是，目标心率是一个范围，有时也称目标心率带。最大心率百分比与最大摄氧量的百分比的关系。

（4）持续时间

提高心肺功能适应水平最有效的一次锻炼时间是20～60min（不包括准备活动和整理活动）。起初每个人的适应水平和运动强度不同，所以锻炼持续的时间应有区别。对于一个适应水平较低的锻炼者而言，20～30min的锻炼就可提高心肺适应水平，而适应水平高的锻炼者可能需要40～60min。低强度的锻炼要求练习的时间长于大强度的练习时间，如以50%VO2max的强度进行锻炼，需要40～50min才能有效地提高心肺功能适应水平；而以70%VO2max强度进行锻炼，仅需20～30min即可。

3．整理活动

每次完整的锻炼都应包括整理活动。整理活动的主要目的是促进血液回流至心脏，以避免血液过多分布在上肢和下肢而造成头晕和昏厥。整理活动还可减轻剧烈运动后的肌肉酸痛感和心律失常。整理活动至少应包括5min的小强度练习（如步行、柔韧性练习等）。

第四节 耐力练习对提高心肺功能适应水平的作用

一、耐力练习的有效方法

1．综合练习

综合练习是由几种不同的锻炼内容组成的。如第一天是跑步，第二天为游泳，第三天骑自行车。综合练习的一个优点就是避免日复一日进行同一种练习的枯燥感，并且可以防止身体同一部位的过度使用。

2．持续练习

持续练习是指长时间、长距离、慢节奏和中等强度（约70%最大心率）的锻炼，也是一种最受欢迎的心肺功能锻炼方法。渐进阶段，如果运动强度不增加，锻炼者应能轻松地完成身体练习。在不受伤的情况下，一次锻炼时间可持续40～60min。同较大强度的运动相比，持续练习引起受伤的可能性较小。

3．间歇练习

间歇练习是指重复进行强度、时间、距离和间隔时间都较固定的锻炼方法。练习持续的时间各不相同，但一般为1～5min。每次练习后有一休息期，休息期的时间与练习时间相等或稍长于练习时间。

有一定耐力基础和希望能获得更高适应水平的锻炼者或运动员常用这种方法。间歇练习比持续练习能使人完成更大的运动量，且锻炼的方式可以有所变化，这也减少了其他锻炼方式容易造成的冗长与枯燥。

4．法特莱克（Fartiek）练习

“Fartiek”是瑞典词，意思是“速度运动”，是一种与间歇练习相似的长距离跑的锻炼方式，但练习时间与休息时间的比例不固定。法特莱克的锻炼地点比较随意，这可减少枯燥感。

二、耐力练习的益处

耐力练习（有时也称有氧活动）可引起机体多方面的适应，如循环系统、呼吸系统、骨骼肌和供能系统等。

1．循环系统

耐力练习虽然不能改变最大心率，但个体与锻炼前相比，中等强度运动时的心率降低，心率的降低是由每搏输出量的增加引起的。另外，耐力练习还可增加最大每搏输出量和最大心输出量。最大心输出量的增加可使锻炼的肌肉得到更多的氧气，也使耐力得以提高。

2．呼吸系统

耐力练习不能引起肺结构或呼吸系统功能的变化，但可以使呼吸肌耐力增加。由此膈肌和其他主要的呼吸肌等就能进行更长时间的工作。呼吸肌耐力的增加可减少锻炼时喘不过气来的感觉，并消除锻炼中有时发生的胁部疼痛。

3．骨骼肌和供能系统

耐力练习可增加骨骼肌的有氧供能能力，也使锻炼者利用脂肪的能力增强，但只有锻炼的肌肉才会出现这种适应，如骑自行车锻炼增加腿部肌肉耐力，但上肢肌耐力并没有明显提高。耐力练习虽然能够提高耐力，却不能增加肌力和肌肉体积。

4．最大摄氧量

最大摄氧量（VO2max）是衡量心肺功能适应水平最好的指标。持续7～15周的耐力练习可使最大摄氧量增加10%～30%。最大摄氧量的增加是骨骼肌有氧能力和心输出量共同增加的结果。锻炼者初期的适应水平、运动强度及营养状况也会影响最大摄氧量增加的幅度。最大摄氧量大的锻炼者增加的幅度小于最大摄氧量小的锻炼者，造成这种现象的原因是存在最大摄氧量的生理极限，而最大摄氧量大的锻炼者比最大摄氧量小的锻炼者更接近极限。

运动强度直接影响最大摄氧量增加的幅度，大强度的运动比低强度、短时间的运动能引起最大摄氧量更大幅度地提高。然而，在运动强度与最大摄氧量的增加幅度间存在着一个平台，即当达到一定强度后再增加强度并不能进一步提高最大摄氧量。锻炼期间的营养也会影响最大摄氧量的增加，合理的营养应包括维持体能和健康所必需的营养成分（详见第七章）。

5．柔韧性

耐力练习并不能提高柔韧性，相反，耐力练习可能导致肌肉和肌腱的缩短，从而使某些关节的活动范围缩小。因此，为预防柔韧性的减退，在耐力练习计划中应包括拉伸练习。

6．身体成分

耐力练习可减少体脂的百分比，但体脂的减少也受饮食等因素的影响。

每年都有成千上万的人进行耐力练习，但近半数的锻炼者在最初的6个月中就放弃锻炼了。中途退出的原因很多，但主要的原因是退出者称没有时间继续锻炼。然而，抽时间锻炼还是可能的，关键是要有一个合理的计划，并持之以恒。要知道，在锻炼时间上的小投资，获取的将是健康这一大回报。可以说，只要合理安排，任何人都能找到时间锻炼。

另一个中途退出的原因是耐力练习缺乏趣味性，但你要知道，像步行、跑步和骑自行车等都是提高你的心肺功能适应水平的有效锻炼方式。此外，同朋友一起锻炼可使得耐力练习变得有趣，因为锻炼伙伴有助于你坚持进行锻炼。

锻炼情况的记录也有助于你看到自己肺功能适应水平的提高，这本身对你就是一种很好的激励，会促使你坚持体育锻炼。

你还应该知道锻炼初期的肌肉酸痛和不适感属正常反应，在短时间内将自行消失。而且随着心肺功能适应水平的提高，自我感觉及外观形象都会改善。