第二章 体育锻炼的科学原理

第一节 体育锻炼的生理学理论

一、体育锻炼的原理与益处

人体是由各器官系统组成的有机体，体育锻炼增强体质包括很多科学规律。例如，体育锻炼的科学化、定量化就与锻炼效果密切相关，不同性别、体质、年龄的人，其锻炼内容、方法、生理心理负荷、运动强度等均有不同的科学要求。

（一）体育锻炼的能量供应理论

能量代谢是指物质代谢过程中所伴随着的能量释放、储存、转移与利用的过程。食物中的糖类、蛋白质、脂肪既是建造机体结构、实现自我更新的原料，又是机体内能量的来源。运动时，能量供应有其一定的生理规律，认识这些规律对正确选择体育锻炼内容、方法及提高成绩有一定的帮助。

人体运动时的直接能源是来自体内一种特殊的高能磷酸化合物——三磷腺苷（ATP）。肌肉活动时，肌肉中的ATP在酶的催化下，迅速分解为二磷酸腺苷（ADP）和磷酸，同时放出能量供肌肉收缩。但是，人体肌肉内ATP含量甚微，只能供极短时间的消耗，因此肌肉要持续运动，就需及时补充ATP。

人体运动时，当ATP分解放能后需要及时补充，补充的途径有三条：磷酸肌酸（CP）分解、糖的无氧酵解及糖与脂肪的有氧氧化，生理学上称之为运动时的三个供能系统。人体从事的各种不同的运动，其能量供应都分别属于这三个供能系统，而发展这三个供能系统的方法又各不相同。

1.磷酸原系统（ATP-CP系统）

磷酸肌酸（CP）是贮存在肌细胞内的另一种高能磷化物。当ATP分解释放能量后，CP立刻分解释放能量以补充ATP的再合成。由于这一过程十分迅速，不需要氧气，也不会产生乳酸，因此，生理学上将它与ATP一道合称为非乳酸系统，又称磷酸原系统。

生理学研究证明，全身肌肉中ATP-CP系统供能能力仅能持续8秒左右。这一系统供能能力的强弱，主要与绝对速度有关。如果要提高50米、100米等短距离跑的绝对速度，就要发展磷酸原系统的供能能力。发展这一系统的供能能力的训练方法最好是采用持续10秒以内的全速跑，重复进行练习，中间间歇休息30秒以上。如果间歇时间短于30秒，则会由于磷酸原系统恢复不足，产生乳酸积累。

2.乳酸能供能系统

当人体肌肉快速运动时间持续较长后（超过8～10秒），磷酸原系统供能能力已不能及时供ATP补充，于是动用肌糖原进行无氧酵解供能。这一系统供能时不需要氧，但产生乳酸积累，故称为乳酸能系统。机体产生的乳酸在氧供应充足时，一部分继续氧化，释放能量，另一部分合成肝糖原。乳酸在体内积聚过多，会产生酸中毒，使机体工作能力下降，故乳酸能系统有供能能力，但持续时间也不长（约33秒）。

乳酸能系统供能能力的优劣主要与速度、耐力有关。中距离跑主要需要速度、耐力，100米、200米跑的后程及不少球类运动也都需要速度、耐力。要提高速度、耐力，就要发展乳酸能系统的供能能力。最适宜的方法是全速（或接近全速）跑30～60秒，间歇休息2～3分钟。这种手段能使血乳酸达到最高水平，并能锻炼和提高对高血乳酸的耐受能力，提高乳酸能系统的供能能力。

3.有氧供能系统

在氧供应充足的条件下，机体利用糖和脂肪氧化分解成二氧化碳和水，释放大量能量来合成ATP，这种有氧氧化供能过程称为有氧供能系统。其中糖有氧氧化产生的能量为糖酵解的13倍，故其维持的工作时间较长。

虽然磷酸原系统和乳酸能系统在运动中提供了大量能量，但归根结底，ATP、CP的合成、糖酵解产物乳酸的消除，都是通过有氧氧化来实现的。所以，肌肉活动能量最终来源还是糖和脂肪的有氧氧化，而糖和脂肪又来自食物。

人体的有氧供能能力和心肺功能有关，是耐力素质的基础，要提高这一供能能力，宜采用每周三次以上、每次30分钟以上强度的匀速跑或间歇跑等方法。

人从事任何一种运动时，能量供应很少仅属于一种供能系统，大多数情况下是上述3个供能系统均参与供能，只不过不同的运动，3个供能系统所占的比例各不相同。如100米跑，主要是磷酸原系统及乳酸能系统供能为主；长跑则主要由有氧供能系统供能；400米跑等练习以乳酸能系统供能为主；1500米跑则对3个供能系统均有较高要求。因此，在体育锻炼中应根据自己的特点发展某一个系统的供能能力，恰当地选择锻炼手段与方法。

（二）体育锻炼超量恢复的理论

新陈代谢是有机体生命活动的基本特征之一，是通过同化作用和异化作用的对立、统一进行的。体育锻炼是对机体新陈代谢过程的一种刺激，它能引起组织系统发生兴奋，加剧物质代谢和能量转换，造成代谢的不平衡。人在进行体育锻炼时，体内新陈代谢过程比平时大为加强，能量消耗增加，以不断满足运动时的能源的需要。运动后身体的能量物质不仅可以恢复到原有水平，而且还会超过原有水平，这种现象叫“超量恢复”。能量物质的恢复过程大致可分为三个阶段：（1）第一阶段是运动当中，恢复过程就已经开始，这时机体一边进行锻炼消耗能量，一边补充和恢复能量物质。由于消耗大于补充，因此能量物质的贮量逐渐下降。（2）第二阶段是运动结束后，此时能量物质消耗已逐渐减少，而恢复过程却不断增强，锻炼中消耗掉的能量物质不断得到补充，直至恢复到锻炼前的原水平。（3）第三阶段是超量恢复阶段，能量物质恢复到原水平后并未停止，而是继续恢复补充。在这一段时间中，能量物质的恢复可超过原有贮备的水平，比锻炼前能量物质的贮量还要多。但是，过一段时间后，能量物质的贮备又回到原来水平。如果经常坚持体育锻炼，不断增强能量物质的恢复过程，超量恢复便能达到更高的程度，体质也就不断得到增强（见图2-1）。

“超量恢复”出现的早晚与运动量的大小、疲劳程度以及营养供给有关。在身体锻炼中，运用人体超量恢复的规律来指导身体锻炼，要根据各自的身体条件、年龄和锻炼基础合理地安排运动量和锻炼持续时间，既要引起机体超量恢复，又不要超过机体适应的界限。

（三）体育锻炼的最大摄氧量理论

人体好像一部大机器，各个器官都在不停地工作着，各个器官的活动都需要消耗能量。可以说人体进行一切生命活动和保持恒定的体温都需要能量。这些能量从哪里来？人体既不能直接利用太阳的光能，也不能利用外界供给的电能、机械能，人体所需的能量只能通过体内糖、脂肪和蛋白质分解获得所需要的能量。而这些营养物质分解需要氧化才能分解释放出能量。人体不断消耗吸进的氧气来氧化营养物质（糖、脂肪、蛋白质）所释放出的能量供给各器官活动的需要，所以人体有氧能力的提高，在某种程度上是摄氧量的提高。摄氧量也叫吸氧量或耗氧量，是指人体吸进体内并被组织细胞实际消耗利用的氧量。安静时，人体每分钟的摄氧量为0.25～0.30升，与安静时每分钟的需氧量的数值一样，运动时摄氧量随着运动强度的加大而增加。从事剧烈运动时，因受到循环、呼吸系统等机能的限制，每分钟摄氧量增加到一定限度就不能再增加，即达到摄氧量最高水平，故称为最大摄氧量，即运动时每分钟能够摄入并被身体利用的氧的最大数量。一般成年人最大摄氧量为每分钟2～3升，而受过训练的运动员可达4～5升，优秀的耐力运动员可达6～7升。如果要提高最大摄氧量，参加体育锻炼者应注意以下几点：

（1）最大摄氧量通过锻炼只能提高5%～25%,其他75%～95%主要是受遗传因素的影响，但个别人通过锻炼又可提高25%以上。力量锻炼不能提高最大摄氧量。研究实验表明，采用中等负荷的循环力量练习，每组重复10～15次，组间休息15～30秒，最大摄氧量很少或没有变化。

（2）最大摄氧量的提高与锻炼次数有关。实验证明，每周要保持3次的锻炼，如果每周少于2次锻炼，最大摄氧量的变化不显著。短期的锻炼不能提高人体的有氧适应能力，最少需要10～20周才能见效。对成年人来说，每周的锻炼不应少于2次，每次不应少于10分钟，否则，不能起到保持和提高健康水平的作用。

（3）要想改进身体成分，使去脂体重（净体重）的比例增大，每周的锻炼也不能少于3次，每次至少持续30分钟，消耗的热量每次应接近300千卡。如果每周锻炼4次，则每次消耗热量应接近200千卡。

（4）提高最大摄氧量的最低阈值，应为“最大心率储备”的60%左右（50%的最大摄氧量）。最大心率储备是指最大心率与安静时心率差，再加上安静时的1/2的心率。对青年人来说，大约相当于心率达到130～150次/分的水平，老年人此值可减少至110～120次/分。

（5）最初练习跑每周3次以上，每次超过30分钟，有可能引起足膝的损伤，为此可选用不同的项目交替进行练习。持续锻炼是保持良好锻炼效果的重要因素。如果停止锻炼2周，工作能力就会显著下降；停止锻炼4～12周，已提高的心脏、呼吸健康水平可下降50%；停止锻炼10周～8个月后，健康状况就会恢复到锻炼前的水平。

（6）最近研究表明，年龄不是耐力锻炼的障碍，中老年人最大摄氧量的变化与青年人相似，只是年龄大的人需要更长的时间，才能适应锻炼。

（四）运动负荷有效价值阈的理论

1.运动负荷

所谓运动负荷，是指人体在运动活动中所承受的生理刺激。按其对人体产生刺激的性质，我们又把运动负荷相应地分为负荷强度和负荷量两个方面。这种划分的意义在于：一方面便于我们了解、认识并研究运动负荷，而更重要的是便于安排和调节运动负荷。在实际运用中，负荷量和负荷强度彼此互为存在的条件，即没有一定强度的量和没有一定量的强度，都是没有意义的。另一方面，负荷量与负荷强度之间又存在着明显的反比关系，即提高负荷的强度，则要相应减少负荷的量；增加负荷的量，则要相应降低负荷的强度。大负荷强度和大负荷量的练习（如用很快的速度跑相当长的一段距离）有机体承受不了，而小负荷强度和小负荷量的练习（如用慢速跑一段很短的距离）又难以获得良好的练习效果。在运动实践中，安排和调节运动负荷，一般是通过调节影响负荷量和负荷强度的各个因素来实现的。

2.运动负荷的有效价值阈

无论是便于用百分比确定负荷强度的练习（如走、跑、游、举重等），还是很难用百分比确定负荷强度的练习（如球类、体操、武术、游戏等），我们都可以根据运动负荷价值阈理论，来把握体育锻炼的效果。运动负荷价值阈，是按一定的心率区间来确定运动负荷的一种计量标准。尽管因为有个体差异性的存在而不可能确定一个运动负荷价值阈的绝对标准，但由于具有正常健康水平的人之间差异并不明显，因此，以“一定的心率区间来确定运动负荷”的运动负荷价值阈理论，仍具有普遍的指导意义。体育锻炼的目的在于有效地增强体质，应以有氧代谢为主。国内外有关研究成果表明：科学体育锻炼有效价值范围所处的心率为120～140次/分。当心率在110次/分以下时，机体的血压、血液成分、尿蛋白和心电图等，都没有明显的变化，锻炼身体的价值不大；心率在130次/分的运动负荷时，每搏输出量接近或达到一般人的最佳状态，锻炼身体的效果明显；心率在150次/分的运动负荷时，每搏输出量开始出现了缓慢的下降；心率增加到160～170次/分，虽无不良的异常反应，但未能呈现出更好的健康迹象。因此，从事体育锻炼的健康人的负荷的有效价值范围应保持在120～140次/分的心率。心率在此范围内波动的时间，应占一次锻炼总时间的2/3为宜（见图2-2）。

生理学实验还证明：心率在120～140次/分时，每搏输出量大；心率在140～180次/分时，每分钟输出量最大。因此，在体育锻炼过程中，适当安排强度较大、持续时间较短的无氧代谢练习，有助于提高负氧债能力。此外，还要根据自己的年龄、体质状况确定有氧代谢的运动负荷。目前，国内外常采用以下三种方法，确定运动负荷的计量标准。

（1）卡沃南式的公式：接近极限负荷的每搏次数（假如是每分钟200次），减去安静时的每搏次数（假如是每分钟60次）乘以70%，再加安静时每搏次数60次，则：

（200-60）×70%+60=158（次/分）

（2）以运动负荷有效价值范围中心率150次/分以下（130次/分）的运动负荷为指标。

（3）以180次/分为基数减去参加锻炼者的年龄数，作为体育锻炼时每分钟的平均心率数值。

以上运动是体育科学锻炼的经验总结。锻炼者在选择体育锻炼运动负荷时，还必须加强自我监督，感觉运动后是否舒适，以不影响正常学习和生活为准。

（五）运动技能形成的理论

1.运动技能及运动技能的生理本质

运动技能是人体在运动中学习掌握和有效完成专门运动动作的能力。随着运动技能的形成，会促进身体素质的发展，身体素质提高了，对进一步促进和改善运动技能打下了良好的基础，所以运动技能和身体素质之间是相互影响、相互促进的。从生理本质来看，运动技能是复杂的、连锁的、本体感受性的运动条件反射。

由于运动技能是复杂的运动条件反射，所以参与运动技能形成的中枢不是一个而是多个，其中既有运动中枢，又有支配内脏活动的中枢，还有与视、听、皮肤感觉等有关的中枢参与。由于运动技能是连锁的运动条件反射，所以运动技能基本上都是成套动作，反射活动不是单一的，而是成串的，前一个动作的结束，成为后一个动作开始的刺激信号，这样动作之间的关系就像锁链一样。由于运动技能又是本体感受性的运动条件反射，所以在形成运动技能的过程中，本体感受器不断发放传入神经冲动至运动中枢，再由运动中枢发放神经冲动传至肌肉，使肌肉的收缩和放松更加准确、更加协调。本体感受器在运动技能的形成过程中起着相当重要的作用。

在运动技能形成之后，各种感觉刺激会引起大脑皮质有关中枢，有规律、有顺序、有严格时间间隔地交替产生兴奋和抑制，并按一定形式和格局形成一个系统，大脑皮质的这种机能系统称为运动动力定型。运动动力定型建立之后，可使肌肉收缩和放松更加有规律、有顺序、有严格时间间隔地进行，所以运动技能的形成，实际上也是建立运动动力定型的过程。

2.运动技能形成的过程

运动技能的形成实质上是在大脑皮质建立运动条件反射的过程或者说是在大脑皮质建立暂时性神经联系的过程。运动技能形成的过程，可人为地划分为四个相互联系的过程（阶段）。

（1）泛化过程。

在形成运动技能的初期，由于体内外的刺激会通过感受器传入大脑皮质的相应中枢并使相应中枢兴奋，加上此时大脑皮质内抑制过程尚未建立，所以大脑皮质的兴奋和抑制过程都呈扩散状态，因此，将形成运动技能的初期阶段称为泛化阶段（过程）。由于大脑皮质的兴奋和抑制处于广泛扩散状态，所以出现的运动动作不协调、不准确，并出现多余和错误动作，而且动作完成很费力。泛化过程一般出现在学习新动作的开始阶段，所以在此阶段的教学和训练，应特别注意动作的主要环节，不要过于抓动作细节。应用正确的示范和简练的讲解，使学生建立起正确的动作概念。

（2）分化过程。

随运动技能的逐步改进，运动技能的形成过程就由泛化过程进入分化过程。在分化过程大脑皮质的兴奋和抑制过程，不论在时间和空间上均日趋集中和完善，由于在分化过程内抑制过程不断完善，所以多余动作和动作不协调现象消失，错误动作得到了纠正，能顺利连贯地完成成套技术动作。在分化过程虽初步建立了运动动力定型，但运动技能还不巩固，所以在较强的新异刺激出现时，常使已建立起的内抑制过程遭到破坏，又会出现多余动作和动作的不协调现象。在分化过程要特别注意对动作细节的严格要求，并让学生多体会和思考动作的细节，使分化抑制得到进一步发展。

（3）巩固过程。

分化过程以后就进入巩固过程。巩固过程的特点是大脑皮质的兴奋和抑制过程，不论在空间和时间上都更加集中，动作也更加精确、省力、协调，动作细节完成地更加正确，甚至某些动作环节在无意识情况下也能完成。在环境条件发生变化时动作不易遭到破坏，说明运动动力定型更加巩固，在巩固过程内脏器官的机能活动与肌肉活动配合地也很协调和完善。在巩固过程运动动力定型虽然已比较巩固，如果长期不进行练习，那么已形成的运动技能还会消退，而且越是难度大的复杂性高的动作技能，越容易消退。所以运动技能达巩固阶段后，也应经常从事练习，进一步提高技术水平，使运动动作达到自动化程度。

（4）自动化过程。

在无意识情况下能自如地完成某些动作称为动作自动化。篮球运动员在比赛中不需考虑如何传球和运球，只要考虑如何配合战胜对方就行了；走路、骑自行车不必考虑如何迈步及如何握车把和踏动自行车前进，这些都是动作自动化现象。动作达到自动化阶段后，虽然在无意识情况下可完成某些动作，然而动作的完成仍然要在大脑皮质参与下才能实现。

二、体育锻炼对人体的影响

人体是由神经系统、循环系统、呼吸系统、运动系统、消化系统、排泄系统、生殖系统、内分泌和感觉器官等组成。体育锻炼是通过人体各器官系统协调配合所完成的，同时，适当的体育锻炼又可以对各器官系统的活动产生良好影响。

（一）体育锻炼对人体心血管系统的影响

心血管系是一个封闭的管道系统，由心脏和血管所组成。心脏是动力器官，血管是运输血液的管道。通过心脏有节律性收缩与舒张，推动血液在血管中按照一定的方向不停地循环流动，称为血液循环。

1.心血管系统的一般结构与机能

心脏位于胸腔内，两肺之间。它的大小与本人的拳头相似。心脏可分为左心房、左心室、右心房、右心室4个部分。心脏的主要功能是通过心肌的收缩和舒张活动，推动血液参加血液循环，以满足机体各组织细胞对氧气、营养物质的需要和代谢产物的排除。

2.体育锻炼对人体心血管系统的良好影响

（1）心脏运动性肥大（心脏营养性粗壮）。

经常参加体育锻炼的人，可使心肌壁增厚，心肌力增强，心脏体积和容积增大。因为它的心肌壁较厚而有力每搏输出量就多。所以，运动员的心脏体积和容积较一般人大，这种现象称为“心脏运动性肥大”或“心脏营养性粗壮”。

一般人与经常参加体育锻炼者心脏对比，一般人心脏重300克，经常参加体育锻炼者心脏重400～450克；一般人心脏容积为700～780毫升，经常参加体育锻炼者心脏容积为1000～1025毫升；一般人心脏横切面为11～12厘米，经常参加体育锻炼者心脏横切面为13～15厘米。

心脏运动性肥大（心脏营养性粗壮）与病理性心脏增大在功能上有极显著的区别。病理性心脏增大是扩张松弛、收缩力差、心力储备低，心肌纤维内ATP活性下降，不能承受哪怕是轻微的运动负荷。而运动性肥大的心脏外形丰实、收缩力强、心力储备高，其重量不会超过500克。因此，心脏运动性肥大是对长时间运动负荷的良好适应。

（2）窦性心动徐缓。

一般人安静时心跳是每分钟70～80次，经常参加体育锻炼的人安静时心跳是每分钟50～60次，优秀运动员是每分钟30～40次，它使运动员每搏输出量增加，减少心跳频率仍能满足全身代谢需要。如一般人每搏输出量为60毫升，则每分钟要跳75次。而经常参加体育锻炼的人，每搏输出量为90毫升。

健康状态下，心脏每分钟只要跳动50次就能满足需要。假如优秀运动员的心跳，每分钟比一般人少10次，那么一天心脏就能少跳14400次，这就大大减轻心脏负担，使心脏得到更多休息。

（3）心脏工作的“节省化”。

进行轻度运动时，在运动量相同的情况下，经常参加体育锻炼的人，心跳频率和血压变化幅度比一般人小，不易疲劳，而且恢复较快。一般人就需要较大幅度地提高心跳频率，从而使心脏休息时间缩短，既容易疲劳，恢复时间也较长。究其原因是经常参加体育锻炼的人，心脏收缩能力强，每搏输出量大，只要稍增加心跳频率，就能满足需要。由于体育锻炼使心血管保持很好的弹性，在剧烈运动时，训练有素的运动员每分钟心跳可高达200次左右，这是一般人做不到的。这使心脏具备了承担紧张工作的潜在能力，一旦需要，就可以承担高强度工作。与此同时，经常锻炼的、强有力的心脏，进行轻度运动或工作时，在负荷相同的条件下，心脏和血压的变化却又小于一般人，这叫心脏工作“节省化”现象，是身体锻炼给机体带来的好处。

（4）血管弹性增加。

体育锻炼可以增加血管壁的弹性，这对老年人来说是十分有益的。老年人随着年龄的增加，血管壁弹性逐渐下降，因而可诱发老年性高血压病等老年性疾病。老年人通过体育锻炼，可增加血管壁的弹性，以预防或缓解老年性高血压病症状。

（二）体育锻炼对人体血液成分的影响

1.血液的成分与功能

血液包括细胞和液体两部分。细胞部分是指血液的有形成分，总称为血细胞。液体部分称为血浆。血浆具有维持渗透压、保持正常血液酸碱度、防御和体液调节等多种功能。血细胞分为红细胞、白细胞和血小板3种。

（1）红细胞，是血细胞中数量最多的一种。红细胞的主要功能为运输氧气和二氧化碳、缓冲血液酸碱度的变化。

（2）白细胞的体积比红细胞大。白细胞的主要功能为防御病菌、免疫和清除坏死组织等。

（3）血小板无核，又称血栓细胞。血小板的主要机能包括促进止血和加速凝血作用两个方面，同时还有营养和支持作用。

2.体育锻炼对人体血液成分的良好影响

（1）体育锻炼对红细胞数量可产生良好的作用，主要表现在可使红细胞偏低的人红细胞含量增加。但人体内的红细胞数量并不是越多越好，红细胞数量过多，会增加血液的黏滞性，加重心脏负担，对机体也是不利的。因此，体育锻炼可使红细胞数量偏少的人有所提升，但不会使红细胞数量过多。

（2）体育锻炼对白细胞数量和免疫机能的影响。体育锻炼是否能提高机体的抗疾病能力主要与白细胞数量及免疫蛋白含量有关。研究证实，合理的体育锻炼可以提高白细胞的数量和功能，特别是可以提高白细胞分类中具有重要作用的淋巴细胞的数量，这对于提高机体的预防疾病能力是至关重要的。体育锻炼还可以提高体内的免疫球蛋白水平，亦可有效地提高机体抗病、防病的能力。

（三）体育锻炼对人体呼吸系统的影响

1.呼吸系统的一般结构与功能

（1）呼吸道。

呼吸道是由鼻、咽、喉、气管和各级支气管所组成的运送气体的通道，是气体进入肺组织的通路。呼吸道能分泌黏液、浆液，具有过滤尘埃异物、湿润净化空气、抵抗病菌等功能。

（2）肺。

肺泡是肺的主要结构和功能单位，它是有弹性的薄壁囊状结构，是气体交换的主要场所。

2.体育锻炼对人体呼吸系统的良好影响

（1）呼吸肌得到锻炼。

呼吸肌主要有膈肌、肋间肌以及腹壁的肌肉。在深呼吸时，肩部、背部的肌肉都起辅助作用。因此，经常参加体育锻炼的人能使呼吸肌增强、胸围增大。由于呼吸肌发达，强壮有力，人也就提高了呼吸功能。呼吸的深度与胸廓有关，呼吸肌发达，胸围显著增加，如一般人的胸围呼吸差只有5～8厘米，经常参加体育锻炼的人，呼吸慢而深，胸围呼吸差可达到9～16厘米。

（2）肺活量增大。

一般人肺活量只有3000～4000毫升，而经常参加体育锻炼的人，肺活量能达到5000毫升。不经常运动的人，呼吸肌不发达，肺活量小，是由于肺泡中有一部分没有参加呼吸，是肺泡的“死角”。而经常参加体育锻炼的人，肺活量大是因为肺脏能扩大到最大限度，空气无处不到，“死角”也就会消除，因而细菌的生存条件就不存在，肺脏就能保持健康。根据瑞典学者安德森等人的研究，在青春期接受游泳训练的女生，较一般女生的肺总容量可增长12%，肺活量可增长13.4%，最大吸氧量可增长10.2%。

（3）呼吸深度加深。

从呼吸频率看，由于深度不同，呼吸的频率也不同。一般人的呼吸短而急促，每分钟约17～19次。这样呼吸肌易疲劳，且工作不能坚持长久。经常参加体育锻炼的人，呼吸深度缓畅，每分钟约8～12次。由于吸进的氧气多，就能使呼吸肌有较长时间休息。在紧张而剧烈的运动时，肌肉工作大量需氧。一般人靠增加呼吸频率来供应氧气的需要，因此，运动时常气喘吁吁。而运动员由于呼吸系统机能好，呼吸慢而且深，因此在同等条件下，只要呼吸频率稍稍加强，就可以满足气体交换的需要。

（四）体育锻炼对人体神经系统的影响

1.神经系统的一般结构与功能

（1）神经系统分为中枢神经系统和周围神经系统。

中枢神经系统包括脑和脊髓。周围神经系统联络于中枢神经和其他各系统器官之间，包括与脑相连的脑神经和与脊髓相连的脊神经。

（2）神经系统的功能。

神经系统是由众多的神经细胞组成的庞大而复杂的信息网络来联络和调节机体的各系统和器官的功能。在机体功能调节系统中起着主导的作用，直接或间接地使机体的各种功能活动成为整体，以应付内外环境的变化，使得机体得以生存。从功能上，神经系统可以分为三个环节，即传入、中枢和传出。

2.体育锻炼对神经系统的良好影响

体育锻炼能使神经系统得到锻炼，提高神经工作过程的强度、均衡性、灵活性和神经细胞工作的耐久力；能使神经细胞获得更充足的能量物质和氧气的供应，从而使神经系统在紧张的工作过程中获得充分的能量物质保证。据研究表明，当脑细胞工作时，大脑耗氧量占全身耗氧量的20%～25%。体育锻炼能使大脑的兴奋与抑制过程合理交替，避免神经系统过度紧张，可以消除疲劳，使头脑清醒，思维敏捷。

随着神经系统机能的改善，有机体内各器官系统尤其是运动系统的控制和调节能力也可得到不断提高和完善。经常参加体育锻炼的人，神经系统的兴奋性和灵活性会提高，各种各样的动作也会协调，不必要的多余的动作会消失，对外界刺激反应会更快、更准确；此外，能够有效地节省体力和减少体能的消耗，使之从容不迫而又迅速地完成各种动作。

（五）体育锻炼对人体运动系统的影响

1.运动系统的一般结构与机能

（1）骨的结构与功能。

正常成年人共有206块骨，其中头颅骨29块、躯干骨51块、上肢骨64块、下肢骨62块。骨的功能具体表现为：（1）支持负重；（2）运动杠杆；（3）造血功能；（4）保护功能。

（2）关节的结构与机能。

骨与骨之间以结缔组织相连，构成骨连结，通称为关节。构成关节的主要结构为关节面、关节囊和关节腔，其主要作用如下：

1）关节面可减少相邻两关节之间的摩擦，并有缓冲震动和减轻冲击的作用。

2）关节囊内可分泌少量透明的滑液在关节面之间起润滑作用，以减少摩擦。

3）关节腔是由关节囊和相邻骨关节面软骨共同围成的封闭腔隙，关节腔内的压力较大气压低（此现象称为负压），负压对加固关节起着非常重要的作用。

（3）骨骼肌的结构和生理特性。

人体的骨骼肌共有600多块。每块肌肉一般都可分为肌腹和肌腱两部分，肌腹一般位于肌肉的中部，主要由肌纤维（即肌细胞）和血管、神经等组成，肌纤维具有收缩功能。人体的肌纤维又可分为红肌和白肌两种，红肌的收缩速度较慢，耐力较好，可维持长时间的收缩；白肌的收缩速度快、力量大，但容易产生疲劳。肌腱是由致密结缔组织、神经纤维和毛细血管等构成，肌腱的韧性很大，能随强大的牵拉力并将力传递给骨，肌肉借肌腱附着于骨。

2.体育锻炼对人体运动系统的良好影响

（1）体育锻炼对骨的良好影响。

人体长期从事体育锻炼，可以改善骨的血液循环，加强骨细胞的新陈代谢，使骨径增粗、骨质增厚、骨质的排列规则、整齐，并对骨形态结构有良好影响，并在骨的抗折、抗弯、抗压缩等方面的能力有较大提高。研究证明，体育锻炼对治疗和预防骨质疏松有明显效果。

人体从事体育锻炼的项目不同，对人体各部分骨的影响也不同。经常从事以下肢活动为主的项目，如跑、跳等，对下肢骨的影响较大；而从事以上肢活动为主的项目，如举重、投掷等，对上肢骨的影响较大。体育锻炼的效果并不是永久的，当体育锻炼停止后，对骨的影响作用也会逐渐消失，因此体育锻炼应经常化。同时，体育锻炼的项目要多样化，以免造成骨的畸形发展。

（2）体育锻炼对关节的影响。

科学、系统地体育锻炼，既可以提高关节的稳定性，又可以增加关节的灵活性和运动幅度。体育锻炼可以增加关节面软骨和骨密度的厚度，并可使关节周围的肌肉发达、力量增强、关节囊和韧带增厚，因而可使关节的稳固性加强，使关节能承受较大的负荷。在增加关节稳固性的同时，由于关节囊、韧带和关节周围肌肉的弹性和伸展性提高，关节的运动幅度和灵活性也大大增加。

（3）体育锻炼对肌肉的影响。

1）肌肉体积增加。体育锻炼可使肌纤维变粗、体积增大、弹性增加，肌肉活动的能力和耐力相应提高。经常锻炼者肌肉比较发达。一般人肌肉只占体重的40%左右，而经常参加体育锻炼的人可达50%。

2）肌肉力量增加。体育锻炼可以增加肌肉力量已被大量实验所证实，而且体育锻炼增加肌肉力量的效果也是非常明显的，数周的力量练习就会引起肌肉力量的明显增加。体育锻炼有助于肌力增强，据有关报道，15～16岁的运动员右手平均握力达42公斤，而同年龄的非运动员右手平均握力为34公斤。

3）肌肉弹性增加。有良好体育锻炼习惯的人，在运动时经常从事一些牵拉性练习，从而可使肌肉的弹性增加，这样可以避免人体在日常活动和体育锻炼过程中由于肌肉的剧烈收缩而造成各种运动损伤。

（六）体育锻炼对人体消化系统的影响

1.消化系统的一般结构与机能

消化道由口腔、咽、食管、胃、小肠、大肠、肛门所组成。消化道的运动起着接受食物、将食物磨碎、搅拌，使食物与消化液充分混合，并不断向肛门方向推送的作用。这种作用称为物理性（机械性）消化。

消化腺包括唾液腺、胃腺、胰腺、肝、肠腺等，分泌各种消化液，其中主要含有各种消化酶，将食物中糖、脂肪、蛋白质等水解成为可吸收的物质。这种作用称为化学性消化。

人体必须不断地从外界摄取营养物质，供给新陈代谢的需要，才能维持生命活动。消化系统的功能就是消化食物，吸取营养物质，排出糟粕。所以消化作用是保证人体新陈代谢正常进行的重要环节。

2.体育锻炼对人体消化系统的良好影响

俗语说得好：“饭后百步走，能活九十九。”经常参加体育活动，对胃肠及其消化腺功能有极为良好的作用。它可使胃容量增加、排空时间缩短（正常成人胃容量为1～3升，排空速度进食后30分钟内便开始离胃入十二指肠，约4～5小时内可完全排空），使胃肠蠕动增强，促使消化液分泌增多，食欲增加，提高消化吸收能力，有利于青少年的生长发育。