《运动生理学》实验课程指导

前   言

《运动生理学》实验教学大纲是按照我院运动人体科学专业培养方案及《运动生理学实验指导》制定的，为12学时，分别开设间接推测法测定最大摄氧量、身体素质的测定、运动性疲劳的诊断与消除、人体安静和运动时心电图的测量与评价共计四次实验。

《运动生理学》实验教学目的是通过实验使学生初步掌握运动生理学实验的基本操作技术，以及反映各种体育锻炼和训练对人体某些功能有影响的生理指标的测试与评定技术。通过实验培养学生对事物具有客观地观察、比较、分析和综合的能力，以及对科学工作的严肃态度和实事求是的作风，从而为科学地组织体育教学、指导体育锻炼与训练，以及开展科学实验奠定初步基础。

目   录

实验一   间接推测法测定最大摄氧量……………………………………………1

实验二   身体素质的测定……………………………………………………………3

实验三   运动性疲劳的诊断与消除………………………………………………6

实验四   人体安静和运动时心电图的测量与评价……………………………10

主要参考书

1、乔德才，汤长发，邓淑勋主编. 《运动生理学实验》.北京：高等教育出版社，2006.7第一版

2、全国体育院校教材委员会审定.《运动生理学实验指导》.北京：人民体育出版社，2005.11 第一版

3、黄海主编.《运动人体机能实验学》北京：人民体育出版社，2006.9第一版

实验一   间接推测法测定最大摄氧量

一、目的及原理

目的：掌握Astrand-Ryhmin间接测定最大摄氧量的原理和方法，并用于有氧能力的评价。

原理：本实验是按照Astrand-Ryhmin设计的方法，让受试者在自行车功率计上以次最大强度运动，测定出当时的心率及输出功率，然后推测出该受试者的最大摄氧量。

实验的依据是心率、功率和摄氧量之间的密切相关。随着输出功率的增加，摄氧量和心率也成比例增加，最后达到最大摄氧量与最大心率，且形成稳定状态。根据功率- 摄氧量和功率- 心率变化相关直线的斜率，然后通过控制自行车功率计的输出功率，测量出心率和摄氧量，就可制定出相当精确的心率、摄氧量相关直线，并借此推测最大摄氧量。

二、实验对象

人

三、仪器、设备和材料

功率自行车、胸带遥测系统

四、实验步骤

1、佩戴胸带遥测系统：将电极用水涂湿，佩戴在胸部中间，乳头下方，调整胸带，使心率稳定。

2、输入受试者的基本情况：身高、体重、出生日期等。

3、调整车座的高度，使受试者踏到最低点时腿略有弯曲。

4、以60rpm（转/分）的速度蹬踏功率自行车，女子开始负荷为300千克米/分，男子为600千克米/分。前3min内令受试者的心率至少达到120bpm。注意在每一级工作负荷的间期，心率的变化小于4bpm时才能增加负荷。

5、持续运动6min。功率自行车按照设定程序进行工作时，它是自动运行的，不需要操作者进行过多的干预。如果第5和第6min的心率波动在4bpm以内，实验就完成了，否则实验将继续下去，直到心率波动稳定在4bpm以内。

6、实验结束，结果直接呈现在电脑上。

五、实验结果

表1   Astrand 最大摄氧量等级评定表

六、实验注意事项

1、受试者在实验前一小时禁止饮食或吸烟。

2、此方法是一种推测方法，因此难免出现误差。

3、实验过程中要求严格控制功率自行车的蹬踏功率。

4、电磁波会干扰遥测系统，所以测试时，功率自行车附近不应使用手机。

5、如果在实验的过程中，感觉到有胸痛或者呼吸困难等情况，应该立即停止实验。

七、讨论及应用

最大摄氧量是有氧耐力的基础，其值越大有氧耐力水平越高。最大摄氧量用于有氧工作能力的评价和耐力运动员的选材，还可以用于制订运动强度。一般来说，判断最大摄氧量是否达到了受试者的实际水平的基本指标是：当负荷强度继续增加时，摄氧量不再增加，摄氧量曲线出现平台。或前一负荷和后一负荷的摄氧量的差数不应超过2ml/kg/min，其它参考标准有心率达到180-200bpm，呼吸商达到或超过1.15，血乳酸值高于70-80mg%。

实验二   身体素质的测定

一、目的及原理

目的：掌握测量肌肉力量、速度、耐力、柔韧、灵敏的原理，熟悉力量素质、速度素质、耐力素质、柔韧素质、灵敏素质、平衡的一些常用简易测定法及测量意义。

原理：人体所有运动几乎都是对抗阻力而产生的。力量是肌肉在工作时克服内外阻力的能力，对增长肌肉耐力、发展速度、提高灵敏等素质起着重要作用。力量测量一般采用测定肌肉的最大负荷来进行，主要是两臂、胸大肌及背部等肌群的力量。速度在运动中表现为三种形式：反应速度、动作速度和周期性运动的位移速度。在体育实践中常进行位移速度的测量来反映人体的速度素质。耐力是人体长时间进行肌肉工作的能力，可按运动时的外在表现划分为力量耐力、速度耐力、静力耐力和一般耐力等。柔韧性是指人体某个关节或关节组的活动幅度。灵敏是人体在复杂的条件下，迅速、准确、协调地变化身体姿势、随机应变的能力。平衡是人体维持身体稳定姿势的能力，对武术、体操等运动项目非常重要。

二、实验对象

人

三、仪器、设备和材料

握力计、背力计、反应时测试仪、落尺、发令旗、秒表、哨子、冲刺带、坐位体前屈测试仪、单脚站立测试仪

四、实验步骤

1、握力：根据受试者手掌的大小，调节握力计握把的间距至感觉合适为宜。受试者手放在体侧，握时不许挥动上肢，用最大力量紧握握力计，记录读数。左右手各测三次，取最大值。分别将左右手的最大值除以自身体重，计算相对握力。

2、背力：受试者双足站在背力计的底盘上，调节拉杆高度至受试者膝盖上缘。令受试者上体前倾，双手正握拉杆，身体用力上抬。要求肘、膝关节伸直，不要猛然用力。测三次，取最大值。以最大值除以体重，计算相对背力。

3、反应速度

反应时测试仪：打开电源待仪器所有灯熄灭，LED显示0.000后，可按键开始测试。按“启动”键后在0.5-3秒后反应时键1-5号中任一键发光有音响，这时食指离开“启动”键，以最快速度按向给出信号的键，一旦食指按下键，灯光信号随时停止，LED显示反应时，这样连续测试操作5次，显示反应时的平均值。

反应时简易测试法：受试者手掌呈微张形，拇指和食指相对。实验人员手持落尺上端，让落尺与地面垂直，下端置于受试者测试手拇指和食指形成的水平面上。当实验人员松手落尺下落时，受试者应尽快将落尺握住。受试者在落尺下落时所握住的刻度就是反应时间。

4、位移速度：用60米跑测位移速度。受试者至少两人一组，以站立姿势起跑。听信号后快速跑向终点。测两次，取最短时间。

5、力量耐力：可用俯卧撑或仰卧起坐来测定受试者肌肉的力量耐力。反复进行，至力竭为止。记录正确完成动作的次数。

6、柔韧素质：用坐位体前屈测试仪来检测受试者关节和肌肉的柔韧性。受试者坐在垫上，两腿并拢，膝关节保持伸直状态，脚尖向上，脚底蹬于基面上，双手尽量伸直。身体尽量前倾并缓慢以指尖推动游标。读出游标滑动的距离并记录。测三次，取最大值。

7、灵敏素质：用立卧撑测定受试者的灵敏素质。由站立姿势开始，受试者听到“开始”口令后，迅速屈膝、弯腰、下蹲，两手在足前撑地，两腿向后伸直成俯卧，然后再收腿经过屈蹲恢复成站立的姿势。以10秒钟内完成正确动作的次数作为测验成绩。

8、平衡能力：用单脚站立测试仪检测受试者的平衡能力。受试者闭眼，用优势腿在地面上提踵站立，记录站立时间。

五、实验结果

1、握力：握力大，表明上肢肌群的力量大。

2、背力：背力大，表明腰背部肌肉力量大。

3、反应速度：反应时小，表明反应速度快。

4、位移速度：测试时间短，位移速度快。

5、力量耐力：俯卧撑或仰卧起坐次数越多，表明机体力量耐力越好。

6、柔韧素质：坐位体前屈检测的数值越大，表明机体的柔韧素质就越好。

7、灵敏素质：10秒钟内完成立卧撑的次数越多，表明机体的灵敏素质越好。

8、平衡能力：站立的时间越长，机能的平衡能力就越强。

六、实验注意事项

1、测量前应做好准备活动。

2、让受试者先对仪器和方法熟悉后再测。

3、严重疼痛、关节活动受限、严重出血、急性扭伤等不得测量。

4、测量时动作不要猛抬，注意加以保护。

七、讨论及应用

由于运动水平的高度发展，对身体素质的要求也越来越高。运动员必须重视力量素质的训练，才能在比赛中充分发挥出技术与战术的威力。对于某些对称性运动项目，如举重、径赛等，多为左右肢体一起测定；对有些非对称运动项目，如网球、乒乓球或投掷等，也可进行单侧肢体测试。左右两侧相差在10%-15%以内即是正常差异。速度素质是运动技能形成的基础之一，在跑、游泳、自行车等很多项目中起着很重要的作用。在实践中测定速度素质，主要指位移速度，多采用定距计时的方法。不同运动项目所要求的耐力类型也不同，训练中主要从供能角度，分为有氧耐力训练和无氧耐力训练。一些优秀中长跑运动员，都是从儿童时期开始进行耐力训练，既可使心肌纤维增多，心壁增厚，又可使心容积增大，对心肌力量的增长有重要意义。柔韧素质是许多运动项目，如体操、武术、体操、跳水等必备的身体素质，使动作灵活、舒展、刚柔并济，避免受伤。不同运动项目对关节的最大运动幅度的要求也不同，在运用中必须强调运动员应当具备的关节最大运动幅度，以适应所参与项目。灵敏素质是多种运动技能和身体素质在运动中的综合表现，具有明显的项目特点，如体操运动员的灵敏主要表现为对身体姿势的控制和转换动作的能力，球类运动员的灵敏则主要表现为对外界环境变化作出及时反应的能力，在测定中应充分考虑项目的特殊性。

实验三   运动性疲劳的诊断与消除

一、目的及原理

目的：1、掌握运用肌力、心肺功能、神经系统机能和感觉机能的变化及主观感觉法来判断疲劳的方法。

2、在学习运动性疲劳与恢复手段理论知识的基础上，通过学生自行设计与实地操作，培养学生运用理论知识指导实践的能力。

原理：运动疲劳时，参与工作的肌肉力量会下降，心肺功能也随之变化，可以通过测定工作前后肌肉力量和心肺功能的变化来判断疲劳及疲劳的程度。实践中主要采取肺活量、心率和心电图等指标判断疲劳，进行运动员机能评定和训练监控。

运动疲劳时，机体神经系统机能和感觉机能水平降低，使机体各种反射活动能力下降。因此，可以根据运动前后神经系统反射活动变化和感觉机能的下降程度来判断疲劳。

人体运动时的主观体力感觉与工作负荷、代谢产物堆积、耗氧量、心功能等多种因素密切相关，因此，运动时的自我体力感觉是判断运动性疲劳的重要标志。疲劳的消除是依据恢复过程的一般规律和机体能源贮备的恢复特点以及促进人体功能恢复的措施进行。

二、实验对象

人

三、仪器、设备和材料

肺活量计、血压计、诊断床、心电图仪、反应时测试仪、落尺、闪光融合频率测试仪、两脚规

四、实验步骤

（一）安静时指标

1、呼吸肌力量耐力：连续测定受试者5次肺活量，每间隔15s测定1次，记录每一次的肺活量值。

2、血压体位反射：受试者取坐姿，测其安静时血压，然后躺卧在诊断床上3min，之后推受试者背部，使其被动坐起，返回坐姿，立即测定血压，每30s测定1次，共测2min。

3、心电图：

（1）安放电极，连接导联线：受试者静卧于检查床上，全身肌肉放松。在腕关节上方约3cm手腕处、小腿上方约3cm足踝处及胸前放置引导电极。导线连接方式：右手-红色、左手-黄色、右足-黑色、左足-绿色、胸导联-白色。   

（2）心电图机面板上各控制按钮置于适当位置。将运转控制键转换到“记录”档，开始走纸，走纸速度通常设定为25mm/s，1mV电压推动描记笔向上移动10mm。

（3）记录完毕后取下记录纸。如记录纸上未打印出导联则需注明导联。

4、反应时（见实验二 反应速度测量）

5、闪光融合频率：受试者坐在闪光融合频率测试仪的前面，测试仪的高度应与受试者的面部在同一水平面上。眼睛注视闪光屏，控制测试仪上的数字显示器调节旋钮，使闪光频率次数逐渐从慢到快，直至受试者感到断续的闪光变成连续光感时为止。引起连续光感时断续闪光的最小频率，即为闪光融合频率。测3次，取平均值。

6、皮肤空间阈：检测者持两脚规，将其两端以同样的力轻触受试者皮肤，先从感觉不是两点的距离开始，逐渐加大两脚规距离，直到受试者感到了两点的最小距离作为皮肤空间阈。

7、主观判断：分别在疲劳前后测定同样负荷的运动，递增性功率自行车或跑台运动等，运动过程中每增加一次强度或间隔一定时间便按Borg设计的RPE表，指出自我感觉等级。等级乘以10即为心率，同时还可以推算出运动时所做的功及最大摄氧量。

（二）运动实验

进行跑楼梯、高抬腿等运动后，立即测定运动前所测部位的同一生理指标，观察运动后变化，判断有无疲劳和疲劳的程度。

五、实验结果

1、呼吸肌力量耐力：运动后疲劳时肺活量一次比一次下降。

2、血压体位反射：若在2min内完全恢复，说明没有疲劳；恢复一半以上为轻度疲劳；完全不能恢复为重度疲劳。

3、心电图：疲劳时S-T段向下偏移，T波可能倒置。

4、反应时：运动后疲劳时反应时延长。

5、闪光融合频率评定如下：

6、皮肤空间阈：皮肤空间阈值较安静时增加1.5-2倍为轻度疲劳，增加2倍以上为重度疲劳。

7、主观判断：如果机体出现疲劳，RPE等级也会相应增加。

六、运动性疲劳的消除

运动性疲劳的消除有多种手段，其中包括：（1）合理补充营养 （2）活动性手段：活动性休息，整理活动如，慢跑，肌群的伸展等。（3）良好的睡眠与安静休息（4）运动后的按摩和沐浴（5）消除肌肉迟发性酸痛的持续静力牵张练习（6）针灸疗法（7）音乐疗法（8）自我暗示放松训练 （9）理疗等。

七、实验注意事项

1、受试者身体健康，无疾病。否则不能进行实验。

2、运动前后要对同一指标和同一部位进行测定，以防测量误差。

3、预防运动伤病发生。

八、讨论及应用

运动性疲劳主要包括：局部性疲劳、整体性疲劳等。由于出现运动性疲劳的运动方式、发生部位以及产生机制不同，在设计实验时，应注意突出运动的性质和运动的特征，以便于诊断。

1、局部骨骼肌疲劳的诊断：负重进行肱三头肌弯举训练，股四头肌蹲起训练，或任意选一块大肌肉训练。通过完成负荷重量、时间和次数变化，同时测定反应时，共同判断分析疲劳程度。可以采用物理手段、按摩、药物等治疗方法消除疲劳。

2、整体疲劳的诊断：安排马拉松跑、球类比赛，多肌群参加的全身性运动练习，或利用运动平板、功率自行车等设定运动负荷。观察运动员的表现，同时测定反应时、闪光融合频率、皮肤空间阈和心电图等，共同分析疲劳程度。可采用物理手段、按摩、药物、心理、营养等治疗方法消除疲劳。

3、心肺功能疲劳的诊断：进行中等以上强度的有氧练习，活动内容不限。观察运动员的表现，并测定呼吸肌力量耐力、血压体位反射等指标，共同判断疲劳程度。消除心肺功能疲劳可以采用积极性休息、物理手段、按摩、药物、心理、营养等治疗方法。

实验四   人体安静和运动时心电图的测量与评价

一、目的及原理

目的：（1）学习使用运动负荷心电分析系统来监测安静状态和运动负荷下的心电图；

（2）了解人体正常心电图各波的波形及其生理意义；

（3）观察人体在运动负荷下心电图的变化特征。

原理：心脏在兴奋中，兴奋的产生、传导及恢复可通过心脏周围组织和体液传播到身体表面。利用表面电极从体表不同部位记录到的电变化就是心电图。运动时监测到的心电图即运动心电图( exercise ECG)。 心脏在收缩之前，首先发生电变化。在每个心动周期中，心电变化由窦房结开始，经特殊传导系统，依次传向心房和心室，这种兴奋的产生和传播所伴随的生物电变化，通过周围组织传到全身，使身体各部位在每一个心动周期中都发生有规律的电变化，用引导电极置于肢体或躯体的一定部位记录出来，即成为心电图。心电图反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化，并不反映心肌的机械收缩过程，正常心电图包括P波、QRS波群和T波。

二、实验对象

人

三、仪器、设备和材料

运动跑台、一次性电极、75%酒精棉球

四、实验步骤

1、进入运动负荷心电分析系统(stress test)

2、新建病人

3、安放电极

4、静态采集心电图

5、动态采集心电图

终止试验指征：（1）达到目标心率；（2）出现ST段水平下降大于0.2mv；（3）出现严重心律失常或心绞痛；（4）极度疲劳，无力继续运动。

五、实验结果

（1）能正确辨认出P波、QRS波群和T波；

（2）心律分析：窦性心律的正常心电图表现为P波在I、II、aVF、V3-V6直立，aVR导联中倒置，V1、V2直立或者是正负双向；P-R间期在0.12s以上； 若心电图中最大P-P间期和最小P-P间期相差0.12s以上，称为心律不齐。正常人窦性心律为心率在51-100次/min。

（3）ST段：ST段正常值：I、II、aVL、aVF、V4-V6抬高不超过0.1，降低不超过0.05，V1-V3抬高不超过0.3，表明心功能良好，运动能力强。

    ST段阳性标准：运动中或运动后出现ST段水平型或下垂型压低超过0.1mv，并且持续2min，表明心肌缺血或损伤，出现了运动疲劳，运动机能欠佳。

六、实验注意事项

跑台分级运动试验有一定的危险性，运动过程中，应密切观察受试者的状态及心电图的变化。若出现较严重反应，应立即停止运动。

七、讨论及应用

心电图：

1、心电图是诊断心脏疾病的常规检查，当心脏因缺血缺氧致死时，心电活动的变化能正确及时地反映在心电图上，表现在各个波形的异常变化和进行性演变过程，为诊断心率失常、心室肥厚、急性缺血、心肌梗塞等心脏疾病提供可靠依据；

2、在运动医学上，心电图可以作为运动员身体功能状态及疲劳的辅助诊断方法。

运动时的心电图：

1、临床诊断冠心病的重要指标

2、评估心功能和运动能力及科学制定运动处方的依据之一。

3、确保一些慢性患者在康复锻炼时防止发生意外的必要措施。