第1部分

热身运动：生理学知识

第1章

运动在于肌肉

学习目标

了解肌肉运作的基本原理。

了解肌肉如何对运动做出反应，以及如何适应训练。

探索基因在训练和表现能力方面的作用。

运动生理学是一门研究身体如何对运动做出反应并适应体育训练的学科。因此，了解骨骼肌细胞有助于你更好地阅读本书。骨骼肌细胞类似于微观引擎，它们通过一些协调的工作将化学能量转化为运动。在体育活动中，肌肉起主导作用。你还会意识到，在心率加快、呼吸变得更加沉重时，最能体会到肌肉的作用。毕竟，运动训练的目标之一就是改变肌肉：让它们变得更强壮，反应更快，更有力量，更能抵抗疲劳。通过适当的训练，肌肉各个方面的功能都有可能得到改善。但肌肉不是独立起作用的，当你训练肌肉的时候，也在训练神经系统、心脏、肺部、血管、肝脏、肾脏，以及许多其他器官和组织。制订一个有效的训练计划需要考虑整个身体，而不是仅考虑肌肉。

但是因为肌肉是所有运动的基础，所以回顾一下与肌肉相关的基础生理学知识是一个不错的起点。

肌肉如何工作

快速浏览一下图1.1。许多教科书中都出现过类似的图，因为识别骨骼肌的某些基本结构很重要。谈到肌肉时，你很可能会想到骨骼肌，因为骨骼肌是一种参与运动的肌肉，它会让你感觉到正在工作、疲劳和疼痛。但是，心脏中的心肌、血管和胃肠道中的平滑肌也与身体的运动能力息息相关。与骨骼肌细胞相比，心肌细胞和平滑肌细胞的结构是不同的，但这三类肌细胞的功能都是收缩和舒张。现在，我们将重点关注骨骼肌，骨骼肌是主导身体运动的肌肉。

当运动神经受到刺激时，它支配的所有肌细胞会一起收缩。

图1.1 肌肉的结构

尽管骨骼肌有多种形状和大小，但它们都有共同的内部结构。骨骼肌是由单独神经（运动神经元，参见图1.2）控制的由单独肌细胞排列成组（运动单位）形成的束（称为肌束），因此该组中的所有细胞可以一起收缩。每个肌细胞都充满了收缩蛋白（肌动蛋白和肌球蛋白）、酶（帮助加速反应）、细胞核（产生蛋白质）、线粒体（产生能量）、糖原分子（细胞用来储存能量的结构）和肌质网（帮助收缩和舒张）。每个细胞的内部由蛋白质框架支撑。外部由各种类型的结缔组织支撑。这些结缔组织支撑单个细胞、肌束和整个肌肉，包括肌内膜、肌束膜和肌外膜等。

肌肉的基本作用是让骨骼围绕关节运动。无论是举起重物、短距离冲刺，还是长距离骑行，都要求肌肉进行收缩，从而有足够的力量完成关节运动。

一些α运动神经元可能超过3英尺（1英尺≈0.3米）长。

图1.2 一个运动单位由运动神经元及其支配的肌纤维组成

电耦连

骨骼肌纤维自身不会收缩，通常需要来自大脑的神经输入（尽管一些快速反射运动只涉及脊髓神经和肌肉）。图1.2是连接三个肌细胞的一条神经（运动神经元）的简单示意。运动神经元及其附着的肌细胞被称为运动单位。根据肌肉的大小和功能，一个运动神经元可能连接（或支配）数十个、数百个，甚至数千个单独的肌细胞。当运动神经元被激活时，该运动单位中的所有肌细胞就会一起收缩。对于需要较少力量的动作，例如拿起一把叉子，只有少量的运动单位被激活。对于需要最大力量的运动，会激活最大数量的可用运动单位，并且这些运动单位会被迅速激活，这种反应称为发放率编码。当一个未经训练的人开始进行力量训练时，最初几个月肌肉力量的改善大部分是由于中枢神经系统所调用的运动单位增加了，这是肌肉与其他器官系统共同运作的一个很好的示例。

运动单位被激活的顺序部分取决于神经的大小及其传导速度。在每一个动作中（包括全力以赴的动作）都会先激活慢运动单位，使其运动起来。更快的收缩速度实际上意味着产生更少的力，因为只有较少的肌球蛋白横桥（myosin cross bridges）有时间附着到肌动蛋白丝上。这种肌肉收缩速度与所产生的力之间的反比关系称为力-速度曲线。肌球蛋白被认为是一种运动蛋白，因为附着在肌动蛋白丝上的肌球蛋白横桥的头部像微型发动机一样，将肌动蛋白拉向肌节的中心。细胞含有许多不同类型的运动蛋白，它们帮助分子从细胞的一个部位移动到另一个部位。