大学生体能训练：生理学因素深度分析

（一）影响力量素质训练的生理学因素

影响运动员力量素质训练的生理学因素主要包括最大肌肉横断面积、肌肉初长度、肌纤维类型、神经因素，以及性别、年龄、激素等多方面因素。关于运动员力量素质训练的生理学因素以及力量素质训练的注意事项如下：

1.最大肌肉横断面积

最大肌肉横断面积指横切某块肌肉所有肌纤维所获得的横断面面积。最大肌肉横断面积是由机体肌纤维的数量及肌纤维的粗细来决定的，其通常用平方厘米（cm2）表示。生理学研究表明，人体每平方厘米横断面积的肌肉在最大用力收缩条件下可以产生3～8千克的肌力。机体肌肉的最大横断面积与该肌肉的力量存在正比例的关系，即肌肉的最大横断面积越大，肌肉力量也就越大。

在体能训练中，运动员为了增强肌肉力量通常会进行相应的力量训练。力量训练的原理就是最大程度地增大运动员肌肉的横断面积。但值得注意的是，肌肉横断面积并不能完全解释力量训练中所表现出的所有生理学现象。

2.肌肉初长度

运动员的肌力大小与肌肉收缩前的初长度也有密切的关系，二者成正比例关系。通常情况下，肌肉收缩前的初长度越长，肌肉收缩的张力及缩短的程度越大。造成这一生理现象的原因主要表现在以下两个方面：

（1）肌肉本身具有弹性，在受到快速牵拉时可弹性回缩。

（2）肌肉拉长时，肌梭感知肌纤维长度变化而产生冲动，通过牵张反射机制提高了肌肉的对抗力，即用肌纤维回缩的形式对抗肌肉被动拉长。

在体能训练中，肌肉初长度往往会对运动员动作的充分发挥产生重要影响。

3.肌纤维类型

依据肌肉的收缩特性进行分类，肌纤维可分为快肌和慢肌两种类型。二者相比，快肌产生的收缩力更大。因此，运动员的骨骼肌中快肌纤维百分比高、横断面积大、直径大，则肌肉收缩力量大，反之则肌肉力量小。

通常情况下，人体肌纤维的发展状况会在一定程度上受到遗传因素的影响，但是先天条件的影响较小，最重要的是受后天训练因素的影响。例如在田径运动项目中，短跑运动员拥有较多的快肌纤维。另外，研究还发现，快肌的纤维横断面积、快肌的收缩力量、慢肌的纤维横断面积、慢肌的收缩力量等可以在力量训练的影响下相应增加，但快肌纤维增加的速度比慢肌要快。

4.神经因素

（1）中枢驱动

中枢驱动是指人体中枢神经系统动员肌纤维参加收缩的能力。在体能训练过程中，运动员肌肉收缩力的大小与参与运动的肌纤维的数量具有密切的关系，但并不是所有的肌纤维都在肌肉进行最大用力收缩时参加收缩。对于缺乏训练的运动员而言，机体只能动员肌肉中60%的肌纤维参加肌肉的收缩活动，优秀的运动员在运动中，肌肉的收缩可以同时动员肌肉中90%以上的肌纤维。中枢驱动作用是支配运动员机体中的肌肉的运动神经元放电频率及其同步变化，通过力量素质训练能够有效提高运动神经元的放电频率，进而增强中枢驱动能力。

（2）神经中枢对肌肉工作的协调及控制能力

在运动过程中，动作的完成是机体不同肌肉共同工作的结果，机体的不同肌肉群是在相应的神经中枢的支配下进行工作的。因此，运动员应注意改善机体神经中枢对肌肉工作的协调和控制能力，提高主动肌与协同肌、固定肌、对抗肌等之间的协调能力，使不同的肌肉群能协调一致地共同工作，才能发挥肌肉群的最大力量。研究发现，主动肌运动受力量训练的影响，力量训练可以提高肌肉在收缩时产生的力量的大小。

（3）中枢神经系统的兴奋状态

中枢神经系统的兴奋状态会促使机体大量释放肾上腺素、乙酰胆碱等生理活性物质，进而促使肌肉力量增强。根据研究发现，人在极度激动或危险等紧急情况下会发挥超大力量。产生这种现象的主要原因可能是机体发生了以下变化：

其一，人的情绪极度兴奋，导致肾上腺素分泌大量增加。

其二，大量增加的肾上腺素提高了肌肉的应激性，同时神经中枢发出了强而集中的冲动，机体的“储备力量”得到了迅速动员。

根据研究显示，儿童少年时期，力量训练能引起肌肉力量的大幅度增加，但在肌肉力量增大的同时，肌肉体积的增长速度较为滞后。在力量训练的后期，机体肌肉力量的进一步增加会在很大程度上更加依赖肌肉体积的增长。这些内容表明，机体的神经系统功能的完善对肌肉功能的发育具有重要影响，而且适应机制在人体力量训练的不同时期表现也各不相同。

除以上几种因素外，性别、年龄、激素等也是影响运动员力量素质的重要生理因素。

（二）影响速度素质训练的生理学因素

速度素质主要包括反应速度、动作速度和位移速度，因此分析影响速度素质训练的生理学因素也需要从这三个方面入手。

1.影响反应速度的生理学因素

（1）中枢神经的兴奋状态

机体的反应速度受中枢神经系统兴奋状态的影响，其兴奋度越高，机体的反应速度就会越快。如果运动员中枢神经系统的兴奋程度降低或者运动员处于过度疲劳状态等，那么运动员的反应速度就会下降。

（2）反射活动的复杂程度

反射活动的复杂程度决定反应时的长短，其对机体的反应速度有着重要的影响。反应时是机体接受刺激与做出肌肉动作之间的应答时间。反应时的长短主要取决于感受器的敏感度、中枢信息加工时间以及效应器的兴奋性，具体涉及以下过程：机体某些感觉器官被刺激而兴奋→兴奋沿传入神经传到中枢神经→大脑中枢根据过去的经验对传入的兴奋进行分析（刺激方式越复杂，中枢神经对信息加工的时间越长）→中枢所发的冲动沿着传出神经传到机体相应的肌肉群→肌肉根据刺激的特点与要求做出相应的应答。

（3）刺激强度

机体的反应速度同样还受刺激信号的强度的影响，信号对机体的刺激越强，机体对信号的反应越大。

（4）注意力集中度

机体反应速度受个体注意力的影响，注意的集中程度越高，机体的反应速度越快，反之个体的注意力集中程度低则反应慢。

（5）遗传因素

反应速度受遗传因素的影响较大。根据相关调查研究，机体的反应速度中遗传力高达75%或以上。

2.影响动作速度和位移速度的生理学因素

（1）身体形态和发育

运动员的身体形态和发育状况在很大程度上对其速度素质具有重要影响，二者具有十分密切的关系。身体形态对速度素质的影响主要取决于运动员四肢的长度。如果其他条件相等，那么上、下肢的长度与该部位的运动速度成正比。人体四肢的运动形式是肢体绕关节轴的转动。运动员的手或脚离轴心的距离越远，运动速度就越大。一般认为，短跑运动员的身体不胖不瘦，下肢较长，跟腱长，踝关节较细，动作速度和位移速度快。

（2）能量供应

在现代体能训练过程中，人体肌肉收缩的速度主要受以下几个因素的影响较大：

①肌纤维中动用化学能的速度与强度。

②兴奋从神经向肌肉传导的速度与强度。

③机体化学能转变为收缩机械能的速度与强度。

④机体释放和分解三磷酸腺苷（ATP）的数量与速度。

研究证明，在人体的三大代谢供能系统中，动作速度和位移速度的能力主要取决于磷酸原（ATP-CP）系统的无氧代谢供能能力。通过科学的体能训练，改善ATP-CP系统的供能能力，能有效提高运动员的动作速度和位移速度。

（3）肌肉力量

从力学角度分析，加速度是影响一定时间内速度大小的决定性因素，而加速度大小取决于克服阻力做功的力量，力量越大，加速度相应就越大。对于人体来说，体重是需要克服的最大阻力，因而人体质量（体重）与加速度成反比。如果想提高动作速度，运动员可以通过提高力量素质和减少人体质量带来的阻力两个方面实现。而我们知道，人体力量与体重之比是相对力量，因而，相对力量才是决定动作速度和位移速度的决定性因素，相对力量越大，肌肉在运动时就越容易克服内、外部阻力。因此，影响肌肉相对力量的因素必定会对动作速度和位移速度产生影响。

（4）肌纤维百分比

研究表明，人体肌肉快肌纤维百分比与机体快速运动的能力成正比，速度性项目优秀运动员的机体的快速运动能力比耐力性项目运动员的机体的快速运动能力要高。优秀的短跑运动员的快速运动能力惊人，其肌肉快肌纤维百分比可高达95%。

（5）神经系统的功能特点

神经系统对肌肉活动具有支配和控制作用。运动生理学认为，人体是在神经中枢活动高度协调的支配下进行各种形式的快速运动，即机体所表现出来的动作速度和位移速度。提高神经中枢活动的高度协调，能保证运动员在提高动作速度和位移速度的过程中，促进机体迅速组织必要的肌肉协作参与活动，抑制对抗肌（肌肉内部的阻力）的消极影响，从而表现出较高的运动速度。

研究表明，神经活动过程的灵活性可以影响机体的肌肉，主要表现在两个方面：影响肌肉的猛烈收缩和随意放松的能力。后者是神经中枢合适的抑制状态作用的结果。运动过程中，充分放松肌肉的能力与长时间维持高速运动的能力成正比。

除此之外，机体中枢神经系统兴奋与抑制转换的持续时间，会直接影响运动员在运动过程中转换速度的快慢，二者之间存在着密切的联系，具体表现为二者成反比例关系，即兴奋和抑制神经元之间的转换速度越快，转换持续时间越短。运动员在进行高速度运动中，疲劳的最初表现即为中枢神经的疲劳，随之会导致机体运动速度的降低，最后导致机体的运动完全停止。因此，运动员在保持较高的速度进行运动时，持续时间不宜太长。(www.xing528.com)

（6）遗传因素

实践表明，运动员的动作速度和位移速度受个体遗传因素的影响很大，例如50米跑速的遗传力为0.78，反应时的遗传力为0.75。

（三）影响耐力素质训练的生理学因素

运动员的耐力素质主要受其个性心理特征、运动技能水平以及战术应用等多种因素的影响。其中，影响机体耐力的生理学因素主要包括有氧耐力和无氧耐力。

1.有氧耐力

（1）氧运输系统的功能水平

呼吸系统、血液、循环系统共同构成了人体的氧运输系统。氧运输系统的功能和任务主要是完成运输氧气、营养物质和代谢的产物，对机体的有氧耐力有重要的影响。氧运输系统的功能水平也称最大氧运输能力（VO2max），主要受以下两方面因素的影响：

①血液的载氧能力。血液中血红蛋白含量的高低会对血液载氧能力产生影响。研究表明，1克血红蛋白可以结合1.34毫升氧气，血红蛋白含量与同血液结合的氧气量成正比例关系。一般情况下，成年男性机体内每100毫升血液内，含有血红蛋白约为15克、氧容量约为20毫升，女性和少年儿童则较少。优秀的耐力项目运动员的血红蛋白含量可达16克/100毫升血液，血液的载氧量也比一般人多。

②心脏的泵血功能。最大心输出量（即心脏每搏输出量与心率的乘积）对心脏泵血功能具有较大的影响。最大心输出量与肌肉组织在单位时间内获得的血流量及单位时间内氧气的运输量成正比。研究表明：和一般的运动员或普通人相比，优秀的耐力项目运动员的心室腔容积大、心室壁厚；心脏每搏输出量也更大（优秀运动员为150～170毫升，普通人为100～120毫升），即使在高达200次/分钟的心率时，每搏输出量仍不减少；心肌收缩力也较大，射血速度也较快。

（2）神经系统的调节能力

对于运动员而言，良好的耐力基础需要符合以下几方面的要求：

①神经系统长时间保持兴奋性。

②神经系统具有良好的抑制节律性转换能力。

③运动中枢与内脏中枢具有较好的协调活动能力，以保持肌肉收缩和舒张的良好节律。

④运动器官和内脏器官之间应有良好的协调和配合。

因此，有效改善神经系统的调节功能，使运动员的神经系统的活动可以更加适应耐力运动的需要，是运动员提高耐力素质的重要生理学基础和原因之一。

（3）骨骼肌的氧利用

骨骼肌的氧利用情况对耐力素质训练也具有一定程度的影响。运动员的氧利用状况主要表现为以下几个方面：

首先，人体的肌肉组织主要从流经其内部的毛细血管的血液中摄取和获得氧气。因此，生理学认为，肌纤维类型、肌纤维的有氧代谢能力对机体肌肉组织摄取和利用氧气的能力有重要的影响。在机体的肌纤维中，Ⅰ型肌纤维比例与其所在的肌肉的有氧代谢酶的活性、肌肉摄取和利用氧的能力成正比。实践证明，优秀的耐力项目运动员的慢肌纤维比例高，氧化酶的活性高，线粒体的数量多，毛细血管分布密度大，肌肉摄取和利用氧气的能力高。

其次，在影响耐力的机体机制中，心输出量是其中的核心影响因素，肌纤维类型的比例构成及其有氧代谢能力是次要的影响因素。

最后，机体在运动时，骨骼肌的氧利用能力受无氧阈的影响。以无氧阈的最大吸氧量比值为例，比值越高，肌肉的氧利用能力越强。一般人的无氧阈约为65%，优秀耐力运动员的无氧阈可高达80%以上。

（4）能量供应水平

研究表明，运动员在参加耐力性运动时，机体的大部分能量都来源于机体内部肌糖原和脂肪的有氧氧化。因此，机体的肌糖原含量不足以明显影响运动员的耐力水平。在运动前或运动过程中，通过合理训练而使机体的肌糖原储备增加、有氧氧化的能量利用效率提高、肌糖原利用节约、脂肪利用比例提高等，对提高运动员的耐力素质十分有益。

（5）能量利用效率

在单位耗氧量条件下，机体在运动中做功的能力就叫作能量利用效率。根据相关研究证实，在运动员的其他机体因素相同或相似的情况下，耐力素质高低的差异更多的是来自机体能量的利用效率，影响率最高时可达65%。根据考斯蒂尔研究发现，两个马拉松运动员的最大吸氧量相对值如果是相同的，并且他们在运动过程中均使用了85%，那么能量利用效率高的那个运动员可以比另一人的成绩快13分钟。

2.无氧耐力

（1）骨骼肌的糖无氧酵解供能能力

骨骼肌的糖无氧酵解供能能力对运动员的无氧耐力具有重要影响。肌糖原在运动中的主要作用是通过无氧酵解为机体提供能量，这也是运动中无氧耐力的主要能源来源。在运动过程中，肌糖原的无氧酵解能力主要受肌纤维百分构成以及糖酵解酶催化活性的影响。有学者经研究证实，不同代谢性质的运动项目中，运动员的肌纤维百分构成和糖酵解酶活性明显不同，这也是导致运动员无氧耐力差异的重要原因之一。

（2）肌肉对酸性物质的缓冲能力

对运动员而言，肌肉对酸性物质的缓冲能力影响着其耐受能力。细胞内以及机体内环境的理化性质的改变会影响机体的运动能力，尤其是影响机体的耐力。机体内部的理化性质的变化主要是由肌肉糖酵解引起的，H+肌肉糖酵解的产物可以在机体的肌细胞内大量累积，甚至可以扩散到血液中改变血液的酸环境，进而导致肌肉中酸性物质增加，影响机体的耐力素质水平的正常发挥。

在人体中，肌肉和血液中存在着缓冲酸碱物质，保持机体内环境pH值的稳定。这种缓冲物质是一种混合液，由弱酸（如H2CO3）、弱酸与强碱生成的盐（如NaHCO3）按一定比例组成。研究表明，提高机体的耐酸能力是提高机体的无氧耐力水平的有效途径之一。当然，无氧耐力训练并不能直接提高运动员机体对酸碱物质的缓冲能力，而是训练提高和强化了运动员因酸碱物质产生的不适应感，从而提高了运动员的耐受能力。

（3）神经系统对酸性物质的耐受能力

神经系统对酸性物质的耐受能力在一定程度上也影响着运动员的无氧耐力素质。从总体上讲，人体的内环境是酸性的，安静状态下，人体血液的平均pH值为7.4，骨骼肌细胞液的pH值约为7.0。这是因为酸性物质在机体内积累的速度很快，肌肉和血液中存在的能缓冲酸碱的物质来不及进行足够的缓冲以维持酸碱平衡。在运动状态下，机体的骨骼肌细胞内和血液pH值会有所下降，其中，血液pH值可能降到7.0左右，骨骼肌细胞液的pH值可降到6.3。

经过相关实践证明，机体的神经系统不仅可以协调运动肌的驱动，还可以协调不同肌肉群之间的活动，这对于提高运动员的无氧耐力水平具有十分重要的作用。而研究表明，神经系统的以上两个协调功能会受到机体中大量酸性物质的影响，合理与科学的无氧耐力训练有助于运动员在运动中提高神经系统的耐受能力，对抗运动中产生的大量酸性物质。

（四）影响柔韧素质训练的生理学因素

1.肌肉、韧带的弹性

影响运动员柔韧素质训练的直接因素主要是肌肉组织、韧带组织的弹性。当然，不同年龄段、性别、训练程度的人，其机体肌肉组织、韧带组织的弹性是不一样的。另外，中枢神经系统的兴奋性也会在一定程度上影响肌肉组织的弹性变化，如在比赛中，运动员的情绪高涨，其柔韧性通常会比平时要好。

2.神经过程转换的灵活性

神经过程转换的灵活性对运动员的柔韧素质也具有十分重要的影响。人体在运动过程中，一方面，肌肉的基本张力与神经系统兴奋、抑制过程转换的灵活性有关，中枢神经系统对抗肌间协调性的调节、中枢神经系统对肌肉紧张和放松的调节等都能有效提高肌肉的张力；另一方面，肌肉的张力与神经过程分化抑制的发展也有密切的关系。

因此，要想提高机体的柔韧性，必须重视对机体神经过程转换的灵活性的训练。

3.关节的柔韧性

关节的柔韧性与关节周围组织的大小密切相关。关节周围组织（肌腔、韧带、肌肉、皮肤等）的大小与伸展性、关节生理结构都会影响关节的柔韧性。

在关节周围的组织中，肌腱与韧带有助于加固关节。一方面，肌肉可以从外部给予关节一定的加固力量；另一方面，韧带的抗拉性能将关节的活动限制在一定的范围内，避免关节在运动中受伤。

对于运动员而言，发展关节的柔韧性主要是对限制关节活动的对抗肌施加影响，使关节的对抗肌可以主动牵拉伸展，从而减少对关节活动范围的限制，提高关节的伸展度和柔韧性。

此外，增进跨过关节的韧带肌腱和皮肤的伸展性则是运动员提高机体关节柔韧性的有效方式和重要方法。

4.性别差异

从生理学角度分析，与男子相比，女子的柔韧性普遍较好，这是因为：男子的肌纤维长，强而有力，横断面积大，对关节活动范围限制较大；女子的肌纤维细长，横断面积小，伸展性好，对关节活动范围的限制较小。因此，在柔韧素质训练过程中，男女运动员应区别对待。

5.年龄特征

不同年龄阶段的运动员，机体的柔韧性会有很大的差别，其主要表现为以下几个方面：

（1）0～10岁。从人的自然生长规律来看，初生婴儿的柔韧性最好。人体的骨骼在年龄递增的过程中，其韧性不断得到加强，人体的柔韧性会有所降低。因此，在10岁以前就应给予一定的柔韧素质的训练，以不断提高人体自然增长的柔韧性。

（2）10～13岁。人体的柔韧性相对降低。尤其是胯关节随着腿的前后活动多、肌肉组织增大而使左右开胯幅度明显下降。该年龄阶段，虽然人的骨的弹性增强，但是肌肉韧带的伸展性仍有较大的可塑性，因此应重点训练肌肉韧带的伸展性，以提高关节的柔韧性。

（3）13～15岁。该年龄阶段为人体的生长期，人体的骨骼生长速度很快，肌肉的生长速度相对较慢，机体的柔韧性有所下降。这一年龄阶段应多做全身性的伸展训练，不要过分训练机体的柔韧性，以免造成拉伤。

（4）16～20岁。在这一时期，人体的生长发育趋于成熟，在柔韧性训练中，可以适当地增加训练的运动负荷和训练难度，为机体获得专项运动所需的柔韧素质打好基础。