运动生理学和运动生物化学研究展望

文章编号!"##$%&’$()$##$*#"%##"+%#$中国体育科技$##$年)第,’卷*第"期-./01234562-/70-710867-.0494:;<=>?,’?0=?"@$##$A B世纪运动生理学和运动生物化学研究展望C D E F E G E H I J DK LM I K G N E J O K P Q R E I J S G E M D T G S K U K V TH L WX S K J D E Y S G O I T C K Z H I W G AB O D [E L O \I T 冯连世]709^_‘%a b ^摘要!在$#世纪@相关学科及技术的发展@促进了运动生理学和运动生物化学的发展c 新的研究技术和方法@特别是基因工程技术将对$"世纪运动生理学和运动生物化学的发展方向起到极其重要的影响c 关键词!运动生理学d 运动生物化学d $"世纪d科研d 发展e f G O I H J O !6b g h g i g >=j k g ‘l =m =l b g n n g >_l g ha o ^g ‘o g _‘ha =k g ‘g p a o ^g ‘l ^m ^o l g o b ‘^q r g a _o o g >g n _l %g hl b g h g i g >=j k g ‘l =m 7s g n o ^a g 3b t a ^=>=u t _‘h v ^=o b g k ^a l n t ^‘l b g $#l bo g ‘l r n t ?0g p l g o b ‘=>=%u t_‘hk g l b =h a @g a j g o ^_>>tl b g l g o b ‘=>=u t=m u g ‘g l ^o g ‘u ^‘g g n ^‘u @p ^>>u n g _l >t^‘m >r g ‘o g l b g h g %i g >=j k g ‘l =m 7s g n o ^a g 3b t a ^=>=u t_‘hv ^=o b g k ^a l n t^‘l b g $"l b-g ‘l r n t?w E TZ K I W G !x y x z {|}x ~!"}|{#$d x y x z {|}x %|{!x z &|}’z d $"’!d }{|x (’|)|{z x }x #z {!d *x +x $,~-x (’中图分类号!:’#+?$文献标识码!1收稿日期!$##"%#.%#(d 修订日期!$##"%"#%""作者简介!冯连世)"&(+%*@男@山东人@研究员博士@毕业于山东大学生物系@主要研究方向为运动员训练监控与机能评定@6g >!)#"#*(/"$#,#+作者单位!国家体育总局体育科学研究所@北京"###("0_l ^=‘_>5g a g _n o b /‘a l ^l r l g=m2j =n l a2o ^g ‘o g @v g ^0^‘u"###("@-b ^‘_?$#世纪是科学技术迅速发展的世纪c 运动生理学和运动生物化学也在$#世纪得到了发展@它们在探讨人体生命活动规律1增强人民体质和提高运动技术水平方面取得了显著的成果c$"世纪体育科学研究面临着巨大的机遇和挑战@在这特殊的历史时刻@回首$#世纪世界高科技的迅猛发展@展望未来@对促进我国运动生理1生化学科的发展@进一步明确学科的发展战略和科研方向是十分必要的c B 运动生理学1运动生物化学的历史和发展运动生理学和运动生物化学都属于非常年轻并且发展很快的学科c 运动生理学归属于人体生理学@它主要揭示在运动刺激作用下@身体结构和机能所发生的应答性反应和适应性变化c 直到"&世纪后期@人们才开始关注人体活动时的肌肉生理学c "’’&年]?9_:n _‘u g 编写出版了2身体运动的生理学3@标志着运动生理学已经开始发展成为"门独立的学科@为运动生理学在$#世纪中的发展奠定了基础c我国运动生理学的发展起步较晚c"&+#年生理学前辈蔡翘教授撰写了2运动生理学3一书@其内容也多与体力消耗的劳动生理有关c 直到"&.+年北京体育学院成立了运动生理学研究生班@并邀请前苏联专家授课和指导科研工作@标志着运动生理学在我国真正成为了"门独立的学科@同时@也奠定了我国运动生理学发展的基础c运动生物化学归属于生物化学和人体生理学@它主要揭示运动时物质能量代谢与调节的规律和特点@在分子水平上探讨机体运动时身体机能变化的机理c"&..年前苏联专家..?雅可夫列夫出版了2运动生物化学概论3@标志着运动生物化学成为"门独立的学科c "&.(年我国开设运动生物化学课程@并于"&(#年出版了冯炜权教授撰写的我国第"本2运动生物化学3讲义c 运动生理学的发展促进了运动生物化学的发展@同时@在$#世纪相关学科的发展@也促进了运动生理学1运动生物化学的迅速发展@特别是生理学1生物化学1生物物理学1解剖学1组织学1遗传学1细胞生物学1分子生物学1统计学和计算机技术等@它们的理论体系和研究成果的不断发展及向运动生理领域的渗透@对丰富运动生理1生化的理论和研究方法@起到了极其重要的作用c 近年来@由于研究水平的不断提高和应用科研技术不断扩展@运动生理学和运动生物化学无论在研究内容@还是在研究方法上均形成了较大范围的交叉@特别是在探讨机体运动时机能变化规律和变化机理方面@均发展到了分子水平c科学技术的发展与进步@加速了运动生理1生化的发展@特别是在$#世纪发明创造的肌肉组织的针刺活检技术1同位素标记技术1生物物理研究技术1分子生物学实验技术和电子计算机技术等@在不同的时期对促进运动生理1生化的发展起到了推波助澜的作用c$#世纪(#年代发明的肌肉组织的针刺活检技术是促进人类肌肉生物学研究和肌肉营养研究快速发展的关键技术@可使运动生理1生化学家在运动前1运动中以及运动后随时方便地进行组织学和生物化学的研究c 应用这项技术使人们非常清楚地了解了运动时肌肉中物质和能量代谢的特点@对人们揭示运动对肌肉代谢的影响及运动时或恢复期肌肉代谢的规律起到了技术保障c同位素标记技术能够使人们更准确地了解运动时或4和运动后@被标记化合物的代谢途径和规律c 这一技术在运动+"万方数据生理!生化研究中的应用"使人们揭示了糖代谢的途径及乳酸代谢的规律等#在促进运动生理!生化发展中起到主要作用的生物物理研究技术"主要有核磁共振$%&’(和电子自旋共振$)*’(技术#核磁共振技术包括核磁共振成象$&’+(和核磁共振光谱学$&’*(#&’+可清晰地显示机体的解剖结构"可对运动引起的骨骼肌横截面积!骨骼肌体积!心脏形态学等进行精确的测量#&’*则可测定活体静息态!运动过程中!疲劳状态下及恢复过程中肌肉,-!,./!01!23,!24,等肌肉能量代谢指标"为发展无创性研究肌肉能量代谢的规律提供了技术保证#电子自旋共振$)*’("也称电子顺磁共振$),’("则是直接和准确检测机体运动过程中!疲劳状态下!运动后恢复过程中自由基产生的技术方法"它的成功应用"使人们了解了机体运动时自由基代谢的特点和规律"并进一步揭示了与自由基代谢有关的诸多运动医学问题#56世纪后期"分子生物学研究技术逐渐应用于运动生理!生化的研究领域"其中主要包括核酸及蛋白质的提取!纯化和分析技术!核酸分子探针标记技术!分子杂交技术!基因克隆技术!转基因技术及多聚酶链式反应$,.’(技术等"特别是近几年得到普遍应用的定量反转录,.’$738,.’(技术"已经使人们在转录水平上探讨了大量的活体动物在慢性或急性运动训练后机体适应的基因调节规律#另外"利用转基因技术"人们观察了运动中骨骼肌糖代谢的基因调节情况9限制片段长度多态性$’:;</-=<->?@/A B C:?<D:?B<E ,>F G C>/0E-;C"’@D,(技术的应用"使人们了解到最大耗氧量个体差异及其所造成的运动训练差别的机制"可能与线粒体4%2序列变异有关#因此"分子生物学技术在运动生理!生化研究中的应用"已经将运动生理!生化的研究水平提高到基因水平"极大地促进了运动生理!生化学科的发展#计算机技术的应用加速了运动生理!生化的发展"主要包括计算机模拟信号转换技术!计算机图像处理技术和互联网技术#计算机模拟信号转换技术将呼吸!耗氧量!血压!肌电!心电!脑电等模拟信号进行转换后"再进行数据处理和分析"从而提高了人们探讨运动时生命活动规律的准确性和直观性#应用计算机图像处理技术则能够对运动后线粒体!肌浆网等超微结构的立体计量学指标和形态学指标进行评定和分析#互联网技术可以使人们快速地获得大量的有关科研信息和资料"及时掌握最新研究成果和学科发展方向#随着相关学科的发展及研究方法和实验技术的进步"以及运动生理!生化研究的不断发展"目前运动生理!生化的研究形成了如下几个特点H I(研究范围广泛"几乎包括所有人体功能领域的主要机能活动规律及适应变化的机理95(研究学科交叉及研究规模扩大"目前开展的科研工作大多数属于多学科!综合性!系统化的研究9J(研究深度增加及水平提高"从探讨机体运动的系统!器官!组织!细胞水平"发展到分子水平9K(研究手段和方法先进"应用了相关学科的大量先进技术和方法#当前"运动生理!生化的研究热点主要集中在运动员身体机能评定的生理!生化指标和方法!运动训练的监控及训练方法的研究!高原训练的理论与实践!运动性疲劳发生机理及恢复方法的研究!运动与健康$肥胖病!糖尿病!免疫机能下降!骨质疏松及抗衰老等(!运动对人体机能产生影响的分子机理等几个重要的应用基础理论和方法方面"并且对以上几个热点问题的研究仍会持续一定的时间#L对L M世纪运动生理学!运动生物化学发展的思考与展望5N I利用基因探针进行运动员科学选材基因探针在诊断某些遗传病及其它疾病方面"已广泛应用于临床#利用某些生理!生化指标对运动员进行科学选材也已得到人们的重视#研究表明"某些身体素质$如力量!速度和耐力(及其发展潜力具有相当高的遗传度"它们可能受I 个或几个基因的调节和控制#在这项研究中"首先要利用限制片段长度多态性$’@D,(技术和随机扩增多态性4%2 $’2,4(技术"分别对优秀力量!速度或耐力运动员的4%2多态性进行检测"以找出他们基因组之间的差别和特异性基因"然后进行克隆"制备成基因探针"最终利用探针杂交"来检测运动员所具有的身体素质特性"同时建立优秀运动员基因库#当然"这项研究的实验工作极其复杂和繁琐"但随着人类基因组计划的完成"利用基因探针进行运动员科学选材"也有可能会成为现实#5N5通过基因调控防止运动性疲劳和加快恢复过程随着对运动性疲劳及恢复过程研究的深入"人们会发现运动性疲劳及恢复的分子生物学机理"进而通过某些手段$如药物等(抑制导致运动性疲劳的基因表达或诱发恢复的基因表达"从而可使利用基因工程来防止运动性疲劳及加快恢复成为可能#5N J利用基因诊断技术对运动员进行身体机能评定在人们全面了解运动引起机体产生适应性变化的基因调节机理后"可利用基因探针对运动员的疲劳状态!运动训练的适应性及免疫能力等进行基因诊断#这种诊断一般是在转录水平上进行评定"可较早地发现运动员身体机能发生的变化"并且具有无创性$利用任何体液!上皮细胞等组织体液中的4%2或’%2"均可与基因探针进行杂交("因此"会更具有应用价值#5N K利用转基因技术改造人体化学组成目前"利用转基因技术可以产生富含某种营养素的水果!西红柿等#在医学领域中"也可通过将有价值的生物活性蛋白基因导入家畜家禽受精卵"收集转基因动物体液!血!乳!尿!腹水中的基因产物"从而获得大量有价值的活性蛋白#利用这一技术"人们也可研制富含某些营养素的运动员专用食品或运动补剂"甚至直接将某一特定基因转入人体细胞内"用这种细胞的基因表达改造身体化学组成"以达到提高运动能力的目的"或直接对优秀运动员进行克隆"以获得较好的遗传素质等#由于将基因导入人类生殖细胞以改造身体化学组成尚存在很大困难"因此"在运动生理!生化的研究中"应用转基因技术将基因直接转入人体内以达到提高运动能力的做法"还是相当遥远的#5N O基因技术发展的负面影响当然"I项新技术的发明和应用"可能有其积极的一面"也可能同时会带来消极的一面#基因工程在运动生理!生化研究中的应用也可能会引起一些违反体育法规和伦理道德问题"特别是基因注射技术的应用将极大的增加反兴奋剂工作的难度"甚至对竞技体育造成毁灭性的打击#所谓基因注射"是指通过注射手段"以人体内的微生物为载体"把特殊的基因嵌入人体细胞内"使原有的细胞产生变化#基因注射可以杀死癌细胞"可以让人体内产生预防某$下转第55页(OI 冯连世H5I世纪运动生理学和运动生物化学的研究展望万方数据促进运动员成绩发挥的环境因素!也有不利于成绩发挥的环境因素"#$我国射击运动员出国参赛所面临的主要不利环境因素有%靶场条件&场地’设备’光线及背景!尤其是赛场的风(’气候’时差)旅途’交通及饮食"*$针对我国射击运动员出国参赛所面临的不利环境因素!应以培养运动员的积极心态为指导思想!以认知调节’模拟训练’信息回避法&与注意指向训练相结合(为具体调节手段"+$我国射击运动员参加悉尼奥运会可能面临的不利参赛环境因素有%时差与飞行’过强的紫外线’赛场气氛’靶场条件等",$从中国射击队教练员和运动员对悉尼奥运会参赛环境及其应对措施的反馈看!本研究对于悉尼奥运会所面临的不利参赛环境因素的预测及提出的应对措施是有效的"本课题是在北京体育大学田麦久教授的指导下完成的!在立题’收集资料过程中得到了国家体育总局竞技体育司常建平副司长’黄伟处长及国家射击队教练员和运动员们的大力支持和帮助!在此表示感谢-参考文献%./0国家体育总局1中国体育代表团适应悉尼参赛环境指导手册.201北京%国家体育总局!#3331*45,/1.#0杜利军1了解悉尼环境!积极备战奥运.601中国体育教练员!#333!&/(%7581.*0田麦久!张力为1易地参赛如何淡化新异刺激.901中国体育报!/::753453#&/(1.+0吴大才1悉尼奥运会气候适应性训练基地的选择和时差适应.601北京体育大学学报!#333!#*&/(%//75//81.,0射击1中国体育教练员培训教材.201北京%人民体育出版社!/:::1,8+5,:31.70徐斌!王效道1心身医学;;心理生理医学的基础与临床.201北京%中国医药科技出版社<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<!/::31/75/:1&上接第/,页(些疾病的抗体!还可以更换有缺陷的细胞"如果基因注射技术进展顺利!千千万万的残疾人和癌症患者将获得新生"但对于体育运动来说!基因注射技术或许是一场潜伏的灾难!因为在基因技术的帮助下!运动员可以改变自身的组织细胞来激发潜能’提高运动成绩!这与服用兴奋剂如出一辙!而且更加防不胜防"世界著名的运动生理学专家=1>?@A B C 教授多年来一直关注着生物注射的进展状况!他在/篇题为D 基因兴奋剂%科幻小说还是迫在眉睫E 的论文中指出!基因注射技术的研究进展十分顺利!用于运动员只是时间问题"他甚至预计基因注射在未来,年内就能被广泛应用于商业目的">?@A B C 认为!如果从/只果蝇身上取出一种基因!经过有目的的修改后重新将基因注射进果蝇体内!这只果蝇身上用于飞行的肌肉比注射前强化了近*33倍"如果将增强上肢肌肉的基因注入标枪运动员身上!那:81+8F 的世界纪录很容易就被打破G 如果将促红细胞生长素或生长素的基因注入运动员体内!就可极大地提高他们的运动能力"而且!基因注射有着传统兴奋剂难以比拟的优势!那就是很难被检测出来"#17为提高大众健康水平的应用性研究将进一步加强和完善#/世纪人们将更加关注自身的健康水平和生活质量!同时!有些慢性病如肥胖病’糖尿病’心血管病等也将成为危害大众健康的主要因素"运动生理’生化的主要任务之一!就是要充分探明运动锻炼与这些慢性病的关系及其预防机理!能够给人们提供科学的体育治疗方法!并为不同的人群’不同的个体提供不同的运动处方"H 我国运动生理学’运动生物化学的研究现状与未来几十年来!我国运动生理’生化的研究也取得了长足的发展!有些研究成果已经接近或达到国际先进水平!特别是在优秀运动员身体机能的生理’生化评定方法’高原训练的生理’生化适应及机理’延迟性肌肉酸痛和肌肉损伤的机理’乳酸无氧阈形成的机理’有氧代谢的发展规律和机理’运动性低睾酮的机理’运动性疲劳的机理&肌肉物质能量代谢及调节’自由基代谢’钙离子等(以及中医药恢复手段的应用研究等领域均取得大量高水平的科研成果"但从整体上讲!我们与世界先进水平相比!尚有很大差距!并且在运动生理’生化的研究中目前还存在着诸如应用基础理论的研究相对薄弱’科研方法和技术相对落后’对训练方法的研究重视不足等问题"因此!面向#/世纪的运动生理’生化的发展趋势!我们应立足创新!迎接挑战!不断加强自身的优势和提高研究水平!逐步扩大我国运动生理’生化在国际上的影响和地位!使中国的运动生理’生化研究不断走向世界!在不远的将来跻身于世界的前列"主要参考文献%./0冯炜权1运动生物化学的回顾与展望.601北京体育大学学报!/::+!/4&+(%+*5+:1.#0徐晓阳!冯连世!冯炜权1分子生物学与运动生物化学.601中国运动医学杂志!/::4!/,&*(%/::5#3*1.*0田野!张勇!冯连世!等1面向#/世纪的中国运动生理学.I01/:::年中国运动医学学术会议!广州!/:::18+1.+0杨锡让!傅浩坚1运动生理学进展5质疑与思考.201北京%北京体育大学出版社!/:::1.,0冯连世!徐晓阳!冯炜权1基因工程与运动生化的发展和展望.601中国运动医学杂志JJJJJJJJJJJ !#333!/:&/(%7:5431JJJJJJJJJJJK ##中国体育科技#33#&第*8卷(第/期万方数据21世纪运动生理学和运动生物化学研究展望作者：冯连世作者单位：国家体育总局体育科学研究所,北京,100061刊名：中国体育科技英文刊名：CHINA SPORT SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：2002,38(1)被引用次数：10次1.冯炜权运动生物化学的回顾与展望 1994(04)2.冯连世;徐晓阳;冯炜权基因工程与运动生化的发展和展望[期刊论文]-中国运动医学杂志 2000(01)3.杨锡让;傅浩坚运动生理学进展:质疑与思考 19994.田野;张勇;冯连世面向21世纪的中国运动生理学 19995.徐晓阳;冯连世;冯炜权分子生物学与运动生物化学 1997(03)1.郭文.黄依柱.张尚晏.朱建伟.王国猛网络环境下运动生物化学课程开展研究性教学的探讨[期刊论文]-山西师大体育学院学报 2010(1)2.郑伟.杨洪波中药抗运动性疲劳研究进展述评[期刊论文]-体育学刊 2010(6)3.郭秦岭运动生物化学在舞蹈运动中的研究与展望[期刊论文]-渭南师范学院学报 2009(2)4.何洋.王霆.石岩优秀射箭运动员大赛前脑机能特点的研究[期刊论文]-中国体育科技 2009(1)5.许竞.高虹.周里.王煜力量耐力训练对大鼠骨骼肌超微结构和酶的影响[期刊论文]-西安体育学院学报2007(6)6.赵闯"大化学"时代与体育科学[期刊论文]-河北体育学院学报 2007(2)7.李培.武传钟.陈作君.孙俊肌力训练生物学基础研究综述[期刊论文]-武汉体育学院学报 2006(8)8.张宗国.任建生不同运动类型疲劳恢复的中药补剂分型--中药补剂基本框架的确立及应用研究[期刊论文]-武汉体育学院学报 2004(2)9.熊文.郑澜运动训练学的体育生物科学切入与融合[期刊论文]-北京体育大学学报 2003(4)10.李元伟科技与体育——关于新世纪体育科学技术发展问题[期刊论文]-中国体育科技 2002(6)本文链接：/Periodical_zgtykj200201005.aspx。