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有氧工作能力
作者:系统管理员    发布于:2014-12-14 16:26:48    文字:【】【】【
摘要:人体有氧工作能力决定于机体氧运输系统功能和肌肉利用氧的能力。其中心泵功能是制约运氧能力的主要因素;肌肉利用氧的能力主要取决于肌肉的供氧量与肌细胞中线粒体氧化酶的活性、血流量与肌纤维周围的毛细血管等因素。训练可以提高机体有氧能力及最大吸氧量利用率。本章概述了最大吸氧量、乳酸阈等与运动中的氧供和氧耗有关的运动生理学现象和机制,讨论了它们在体育运动中的意义。
人体有氧工作能力决定于机体氧运输系统功能和肌肉利用氧的能力。其中心泵功能是制约运氧能力的主要因素;肌肉利用氧的能力主要取决于肌肉的供氧量与肌细胞中线粒体氧化酶的活性、血流量与肌纤维周围的毛细血管等因素。训练可以提高机体有氧能力及最大吸氧量利用率。本章概述了最大吸氧量、乳酸阈等与运动中的氧供和氧耗有关的运动生理学现象和机制,讨论了它们在体育运动中的意义。
第一节:需氧量和吸氧量
一、需氧量与吸氧量
1、需氧量:指人体为维持某种生理活动所需的氧量。需氧量通常以每分钟为单位计算。
成年人安静时需氧量大约每分钟250ml。
运动时需氧量是随着运动强度而变化,并受运动持续时间影响。运动强度大、持续时间短,虽然总需氧量少,但每分需氧量却大。反之,运动强度小,持续时间长,虽然每分需氧量少,可是总需氧量却大。例如从100米赛跑的速度计算出的需氧量可达40 L/min,而马拉松跑时的需氧量却为2-3.5 l/min。如果从持续时间计算需氧量,100米(12秒)总需氧量达7 L 左右,而马拉松跑(2小时以上)总需氧量700 L以上。
2、吸氧量:在肺换气过程中,由肺泡气扩散入肺毛细血管,并供给人体实际消耗或利用的氧量称为吸氧量。
由于人体不能大量储存氧,在实验中所测得的氧量是机体实际消耗或利用的氧量,因此,吸氧量也称耗氧量。
3、每分吸氧量:吸氧量是以单位时间每分钟计算,故称为每分吸氧量,并以VO2表示。
安静时,人体的基础代谢率低,能量消耗少,每分钟吸氧量与每分钟需氧量处于平衡状态(200-300 ml)。
4、最大吸氧量
人体在进行有大量肌肉参加的长时间激烈运动中,心肺功能和肌肉利用氧的能力达到本人极限水平时,单位时间所能摄取的氧量称为最大吸氧量(Maximal Oxygen Consumption, VO2max )。通常以每分钟为计算单位。最大吸氧量反映机体氧运输系统的工作能力,是评价人体有氧工作能力的重要指标之一。
最大吸氧量的表示方法有两种,即绝对值和相对值。绝对值用L/min表示,表示整个机体在单位时间内(每分钟)所能吸收的最大氧量。由于需氧量与体重成正比关系,而身高、体重存在个体差异,因此用绝对值进行个体间的横向比较是不适的,常用人体的相对值表示最大吸氧量(ml/kg/min)。我国成年男子最大吸氧量绝对值约为3.0-3.5 L/min,相对值50-55 ml/kg/min,男子比女子高。
最大吸氧量与运动员所从事项目也存在一定关系。世界优秀运动员项目不同,最大吸氧量也不同。越野滑雪、马拉松、划船等耐力竞技项目运动员中,最大吸氧量的相对值最大,男子94 ml/kg/min,女子85.1 ml/kg/min。短跑运动员的最大吸氧量最小(图6-1,2)。我国中长跑运动员一般低于中非国家中长跑运动员,约在70-75 ml/kg/min。可以认为最大吸氧量的大小与耐力训练有关,是评定心肺功能的一项指标。
二、影响最大吸氧量的因素
1、最大吸氧量主要决定于心脏的泵血功能和肌肉利用氧的能力。故将心脏的泵血功能称为最大吸氧量的中央机制,而把肌肉利用氧的能力称为最大吸氧量的外周机制。影响最大吸氧量的主要机制是心脏的泵血功能。此功能的大小又取决于心脏容积和心肌收缩力。根据Fink原理,吸氧量=心率×每搏输出量×动静脉氧差。可以认为最大吸氧量是最大心率、最大每搏输出量及最大动静脉氧差三者的乘积。
在最大心率、每搏输出量不变的条件下,动静脉氧差是影响最大吸氧量的一个重要因素,也是影响最大吸氧量的一个外周机制。肌纤维类型影响肌肉的摄氧能力,研究表明,慢肌纤维有丰富的毛细血管分布,线粒体数量多、体积大,其酶的活性高;慢肌纤维肌红蛋白含量也比较高,有利于增加肌纤维的摄氧能力。耐力训练可以提高慢肌纤维的生理生化代谢功能,在一定范围内可以导致快肌纤维向慢肌纤维的方向变化,提高摄氧和利用氧的能力。因此可见,最大吸氧量取决于心脏的泵血功能和肌肉利用氧的能力。
2、遗传
克索拉斯(Kessouras. 1972年)等研究了25对双生子(15对单卵,10对双卵),发现最大吸氧量的遗传度为93.4%(图6-3)。研究表明,进行有计划的训练,受试者只能提高本人最大吸氧量的5-25%,重要在于提高有氧氧化酶的活性及毛细血管网的发达,改善骨骼肌的代谢能力。 
3、年龄、性别
最大吸氧量与年龄增长有关。青春期前男女最大吸氧量的差异很小,12-13岁之后逐渐差异显著。成人男子(30-45 ml/kg/min) 要高于女子15-20%。13-17岁为女子的峰值,18-20岁为男子的峰值。此后,随年龄的增加,男子以每年2%,女子以每年2.5%而下降。老年后下降率减为0.8%-0.9%。60岁时减少到最大值的70%(图6-4)。 
最大吸氧量性别差异的生理机制有几个方面,一般认为女子每公斤体重的血液和心容积、血红蛋白、心输出量都比男子低。此外,睾酮对最大吸氧量也有良好影响。这也是有氧耐力男性比女性强的一个因素。最高心率没有性别的差异,可是男性每搏输出量大,其结果每分输出量增多,导致最大吸氧量大于女性。由于女子的脂肪比男子多,身体的组成的特点决定了最大吸氧量低于男子。但性别差异也不是绝对的。
4、训练
训练提高最大吸氧量的原因,是由于训练可增大心容积和心肌收缩力量。研究表明,一般人心容积为700-800 ml,而耐力运动员可达900-1000 ml。同时,每搏输出量可达到120 ml。此外,训练可导致慢肌纤维线粒体增大、增多,线粒体氧化酶的活性增加,提高氧的摄取。同时,耐力训练在一定的范围内可以导致快肌纤维的生理、生化代谢特征向慢肌纤维方向变化,提高摄氧和利用氧的能力。戴维斯(Davis)对经过系统训练人的研究,证实了这些受试者的最大吸氧量可以提高25%。从1955年到现在,世界优秀运动员的最大吸氧量,男子从80.3 ml/kg/min提高到 94 ml/kg/min;女子从 68.4 ml/kg/min提高到 77 ml/kg/min。由于遗传因素的制约,40年来,人类最大吸氧量只提高了8.6±13.7 ml/kg/min。似乎最大吸氧量已发展到顶峰。然而,有氧耐力各项运动成绩仍然在不断的提高。可见,决定有氧耐力成绩的因素是很多的,最大吸氧量的高低只能看作是一个重要条件而已。
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