运动氧供应与代谢
1.运动与心血管功能
心血管系统是心脏与血管组成的循环系统，它通过心脏泵血驱动血液在血管中流动，以保持正常血压和组织器官的血液灌注。循环系统常常与呼吸系统共同活动，相互依赖、相互影响，统称为心肺功能。一方面，心肺功能是人体运动功能的基础；另一方面，运动对心肺功能产生即刻变化或持久影响，进而改善心肺疾病的病理生理过程。心肺运动学知识在心肺功能评定、心肺疾病预防和治疗中具有重要指导意义和应用价值。
（1）运动与心脏功能
心脏的主要功能是泵血。正常成年人安静状态下，平均心率75次/min，心输出量5L/min。运动时，心率加快，心输出量增加。剧烈运动时，心输出量可达25～30L/min，是安静时的5～6倍，这反映了心脏具有储备泵血功能。长期有规律的运动锻炼，会使心脏出现形态和功能上的适应性改变：心室腔扩大，心室腔容积增加，心肌纤维增粗，心肌收缩力加强，心室舒张末期容积和收缩末期容积差变大，从而增加心脏输出量，提高心力储备。
正常成年人安静时的心率（静息心率）为60～100次/min。在一定范围内，心率会随运动强度的增加而增加，心率是衡量运动强度的一个客观指标。但每个人的心率增加都会有一个上限，即最大心率（Maximum Heartrate，HRmax）。最大心率一般反映了运动极限，超过最大心率时，由于心室舒张期过短，心输出量反而会减少，这样的运动存在风险。最大心率的估算公式为：
正常成年人最大心率=220-年龄，老年人最大心率=170-年龄
长期有素的运动训练能够提高最大心率值，降低静息心率，运动员的静息心率可以低至40～60次/min。最大心率和静息心率的差值称为心率储备（Heart Rate Reserve，HRR）。
而运动量不足的人群，心率储备下降，出现运动时心输出量减少，并通过心率加快来代偿，稍一运动就气喘吁吁。
（2）运动与血压变化
运动可引起血管系统产生反应和适应，并引起动脉血压的适应性改变。
有氧耐力性运动时，心输出量增加，血管内血量增加，引起收缩压的升高。长期有规律的有氧训练，能够增加动脉血管的弹性和顺应性，缓冲血液波动，使得在同样运动强度时收缩压没有明显的上升。有氧运动时，组织代谢产物增加，特别是骨骼肌内的舒血管物质增多，使血管扩张，外周阻力变化不大，表现为舒张压不变或稍微下降。
抗阻力量性运动时，骨骼肌大面积持续收缩，挤压肌肉内血管，使外周阻力增加，舒张压升高。若屏气则升高胸腔内压，减少回心血量，导致心输出量降低，从而收缩压也降低。因此，在做力量运动时，应保持正常呼吸不要屏气，而且心血管患者的抗阻力量训练强度不宜过大。
2.运动与呼吸功能
运动时，机体代谢增强，耗氧量增加。同时，由于代谢废物增加，通过呼出二氧化碳加快废物排出。长期运动训练可以增强肺通气和肺换气功能。
运动时，为了摄入更多的氧气，呼吸会加深加快，肺通气量由安静时的6～8L/min增加到80～150L/min，较安静时增加10～12倍。中等强度运动时，肺通气量的增加主要靠呼吸深度的增加，而剧烈运动时的呼吸深度和呼吸频率均增加。
长期运动给呼吸系统带来的适应性变化为呼吸的肌力和耐力增强，组织对氧气的利用率提高。
3.运动与代谢
新陈代谢是生命基本特征之一，包括物质代谢和能量代谢。葡萄糖、脂肪和蛋白质的合成和分解过程构成了机体的物质代谢，物质代谢过程伴随着能量释放、转移、储存和利用，称为能量代谢。运动时，机体能量消耗增加。临床上通过运动来防治疾病时，应根据不同运动的能量消耗特点，科学地选择运动类型和运动强度，逐步恢复患者的运动能力。
（1）运动与糖代谢
糖在体内主要有两种形式：一是以糖原的形式存在于组织或细胞内，主要是肌糖原和肝糖原；二是以葡糖糖的形式存在于血液内，即血糖。葡糖糖是机体的主要能源物质。机体60%的热能由葡糖糖提供。运动时，骨骼肌对血液中葡萄糖的摄取和利用增加。低强度运动超过30min后，骨骼肌摄取血糖比静息状态下提高2～3倍；中等强度运动超过30min后，骼肌摄取血糖比静息状态下提高7～20倍。因此，糖尿病患者可以通过持续时间较长的中等强度运动（如健步走、慢跑）等降低血糖浓度。
（2）运动与脂肪代谢
脂肪是长时间运动的主要能量来源。运动时，脂肪分级成甘油和脂肪酸，在心肌和骨骼肌等组织中，脂肪酸再经氧化生成二氧化碳和水，这是脂肪主要的供能形式。长时间中等强度运动可以使脂肪代谢增强，起到减脂作用。运动也可以提高脂蛋白酶活性，降低甘油三酯、低密度脂蛋白和血管中胆固醇浓度，提高高密度脂蛋白浓度，对防治动脉粥样硬化和心脑血管疾病具有重要作用。
（3）运动与蛋白质代谢
蛋白质是构成细胞的主要成分，不作为主要的供能物质。体内肌糖原储备充足时，蛋白质供能仅占总热能需要的5%；在肌糖原消耗后，蛋白质供能可提高至10%～15%。运动能够激发蛋白质代谢，影响相关基因表达与蛋白质合成，增强肌肉力量与免疫力，从而降低疾病的风险。近年来，蛋白质组学，尤其是蛋白质的翻译后修饰，已经成为体育科学领域的重要技术之一。针对运动对机体的影响以及运动相关疾病的蛋白标志物研究越来越多，将逐步揭示运动与健康的内在深层关系。
4.运动时的能量消耗特点
运动时的能量供应涉及两个分解代谢和三大供能系统。以无氧分解合成三磷酸腺苷（ATP）的称为无氧代谢供能，无氧供能又分为磷酸原供能和糖酵解供能，以有氧分解合成ATP的称为有氧供能。磷酸原供能系统、糖酵解供能系统和有氧代谢系统即为三大供能系统。
①磷酸原供能系统：由ATP和磷酸肌酸（CP）共同组成的供能系统。ATP是细胞唯一能直接利用的能量形式，ATP在体内储存量很少，当ATP分解释放能量后，CP立刻分解促进ATP再合成。这一过程非常迅速，无需氧气且不产生乳酸。但这种供能方式做功时间短，仅能维持6～8s。因此，磷酸原供能系统是速度力量项目运动时的主要供能系统，如50m竞速跑时，主要由磷酸原系统供能。
②糖酵解供能系统：葡萄糖经无氧分解生成乳酸并释放能量，使二磷酸腺苷（ADP）转化为ATP。高强度运动时，机体处于缺氧状态，葡萄糖无氧酵解提供ATP。这种能量释放方式较快，能够维持1～2min的持续运动，是短时高强度运动的主要供能方式，也是高强度运动初期的主要能量来源。但长时间进行无氧运动会造成乳酸堆积，引起肌肉疲劳和酸痛。
③有氧供能系统：在氧气供应充足的情况下，葡萄糖、脂肪和蛋白质彻底有氧氧化生成二氧化碳和水，同时释放能量使ADP合成ATP。有氧供能系统为机体提供了大部分的能量。在运动早期，由葡萄糖供能；随着运动时间延长，脂肪成为主要供能物质。脂肪在体内储存量较多，因此有氧供能是长时间有氧耐力项目的主要供能方式。
5.有氧运动和无氧运动
（1）有氧运动
有氧运动（Aerobic Exercise）是以有氧供能系统提供运动中所需能量的运动方式。有氧运动具有以下特点：
①运动强度以中、低强度为主，运动时机体得到的氧气供应充足。
②运动时间长、运动速度慢、运动距离长。
③全身大肌肉群参加活动，以上肢、下肢、躯干的大肌肉群同时参加运动，如非竞赛性的球类项目、太极拳等。
④以周期性的、节律性的运动形式为主。周期性的运动指同样的动作重复进行，如健身操、健步走。
有氧运动能力即人在运动时把大气中的氧气输送到细胞中的能力，也称心肺耐力。与健康相关的5个身体素质包括心肺耐力、肌肉力量、肌肉耐力、柔韧性、身体成分。其中，心肺耐力与人体的健康关系最为密切，也是其他身体素质的基础。
心肺耐力水平主要与呼吸系统和心血管系统功能有关，反映了人体心肺功能的适应能力，是人体健康水平或体质强弱的重要标志。现已有研究表明：经常进行有氧运动，可以降低20%～30%肺癌、肠癌、胃癌、乳腺癌的发病率；老年人患痴呆的风险降低36%，患心血管疾病的风险降低10%～30%。
（2）无氧运动
无氧运动（Anaerobic Exercise）是以无氧供能系统提供运动中所需能量的运动方式。糖原含量及其酵解酶活性是葡萄糖无氧酵解能力的物质基础。骨骼中肌糖原含量越高，糖酵解酶活性越强，无氧代谢供能的持续时间就越长。常见的无氧运动包括全速跑步、高强度间歇运动、杠铃抗阻运动等。无氧运动在运动结束后仍持续消耗脂肪，并降低能量转化为脂肪的可能性。
※思考题
1.举例说明日常生活中人体基本运动形式。
2.简述有氧运动与无氧运动供能系统的区别。
3.简述长期运动锻炼对心脏泵血功能的作用。
（罗梦婷）