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第1章 身体系统的结构和功能
•完成这一章的学习后，你将能够：
￮描述肌肉及骨骼的宏观和微观结构；
￮描述肌肉收缩的肌丝滑行学说；
￮描述不同类型肌纤维的特定形态和生理特征，并预测其在不同运动项目中的相对参与程度；
￮描述心血管系统和呼吸系统的解剖学和生理学特征。
体育锻炼和运动表现涉及身体的有效且有目的性的动作。这些动作源于肌肉中产生的力量，因为这些力量可通过骨骼杠杆系统的作用来移动身体各部位。而骨骼肌受大脑皮层控制，因为大脑皮层可通过周围神经系统的运动神经元来激活骨骼肌细胞或肌纤维。为了维持这种神经肌肉活动，需要通过心血管系统和呼吸系统的活动，将氧气和营养物质源源不断地输送到工作组织，并排出工作组织中的二氧化碳和代谢废物。
为了最有效地运用现有的科学知识来训练运动员和制定有效的训练计划，体能教练不仅需要对肌肉和骨骼功能有基本的了解，还要明白身体各系统是如何直接支持运动肌肉的工作的。因此，本章总结了肌肉骨骼系统、神经肌肉系统、心血管系统和呼吸系统对产生和维持肌肉力量和爆发力至关重要的解剖和功能方面的知识。
第1节 肌肉骨骼系统
人体的肌肉骨骼系统由骨骼、关节、肌肉和肌腱组成，以满足人体活动多样性的特点。本节介绍了肌肉骨骼系统的各个组成部分，包括这些组成部分的单独介绍和它们协同工作方式的介绍。
小节1.1： 骨骼
肌肉并不直接施力于地面或其他物体，而是通过牵拉骨骼并使其围绕关节转动而把力量传递到外界。肌肉只能完成"拉"的动作，而非"推"；但是通过骨骼杠杆系统，肌肉的拉力可以表现为对外界物体的"拉"或"推。
人体约有206块骨骼，准确的数字可能会因人而异。这种相对较轻但是很坚固的结构起到了提供杠杆、支撑以及保护的作用（如图1.1）。中轴骨包括头骨、脊柱、肋骨和胸骨。附肢骨包括肩带骨，手臂、手腕和手的骨头，骨盆，以及腿、脚踝和足的骨头。
骨与骨之间的连结叫关节。纤维关节，例如颅骨的骨缝，几乎不能活动。软骨关节，例如椎间盘，活动范围有限。滑膜关节，例如肘关节和膝关节，活动范围相当大。运动和锻炼的动作主要围绕着滑膜关节发生，而滑膜关节的最主要特征是摩擦力低、活动范围大。组成关节的骨的末端覆盖着光滑的透明软骨，并且整个关节被包裹在充满滑液的关节囊中。滑膜关节通常还有韧带和关节内软骨作为辅助结构。
几乎所有的关节运动都涉及围绕点或轴的旋转。关节可以依据其能够发生旋转的方向的数量进行分类。单轴关节像较链一样运作，基本上只围绕一个轴旋转。膝关节经常被认为是一个钱链关节，但事实上，其旋转轴会根据关节活动范围而发生改变。双轴关节可以围绕两个相互垂直的轴转动。多轴关节可以围绕定义空间的三个相互垂直的轴转动。
脊柱由椎骨组成，椎骨由灵活的椎间盘分开以允许活动发生。椎骨可分为：颈部的7块颈椎；从上背部至中背部的12块胸椎；组成下背部的5块腰椎；融合在一起并构成骨盆后部的5块能椎；从骨盆向下延伸，形成退化尾骨的3至5块尾椎。
小节1.2： 骨骼肌
使骨骼移动的肌肉系统如图1.2所示。骨骼间的连结点被称为关节，骨骼肌附着在骨骼的末端。没有这样的构造，运动就不能产生。
小节1.2.1： 骨骼肌的宏观结构和微观结构
每一块骨骼肌都是一个包含了肌肉组织、结缔组织、神经和血管的器官。纤维状结缔组织，又称肌外膜，覆盖了全身多达430余块骨骼肌。肌外膜与肌肉末端的肌腱相连（见图1.3）。肌腱连接着骨膜，骨膜是覆在所有骨骼表面的特化结缔组织；任何肌肉的收缩力都会通过肌腱传导至骨骼。上下肢的肌肉在骨骼上的两个附着端称为近端和远端。躯干肌肉的两个附着端称为上端和下端。
肌细胞，常被称为肌纤维，呈长条形，是直径为50-l00微米，和一根头发的直径相当的圆管状细胞。这些肌纤维在外围有多个细胞核，并且在低倍显微镜下呈现条纹状。在肌外膜内，最多可达150根左右的肌纤维聚集成肌束。肌束被称为肌束膜的结缔组织包裹着。每根肌纤维被称为肌内膜的结缔组织包裹，肌内膜与肌纤维膜相连接。所有结缔组织，肌外膜、肌束膜和肌内膜都与肌腱相连，所以肌细胞中产生的张力最终传导至肌腱和与其连接的骨上（见图1.3）。
一个运动神经元和它所控制的肌纤维的接合点称为运动终板或神经肌肉接头（见图1.4）。尽管一根运动神经控制着很多甚至成百上千条肌纤维，但每个肌细胞仅有一个神经肌肉接头。一个运动神经元与其控制的肌纤维被称为一个运动单位。在被运动神经激活后，一个运动单位的所有肌纤维会同时收缩。
肌纤维的内部结构如图1.5所示。肌浆是肌纤维的细胞质，包含由蛋白丝、其他种类蛋白质、储备的糖原、脂肪颗粒、酶和特定细胞器组成的收缩成分。
数百条肌原纤维占据了肌浆的大部分空间，其每条直径大约为1微米，是一根头发的直径的百分之一。肌原纤维包含使肌细胞收缩的器官，这一器官主要由两类肌丝构成：肌球蛋白丝和肌动蛋白丝。肌球蛋白丝，也叫粗肌丝，直径大约为16纳米，相当于一根头发丝直径的万分之一。最多可包含200个肌球蛋白分子。肌球蛋白丝由一个球状头、一个较链点和一条纤维尾部组成。球状头按规律间隔分布在肌球蛋白丝上且向外突出，一对肌球蛋白丝会构成横桥，与肌动蛋白相互作用。肌动蛋白丝，也叫细肌丝，直径约为6纳米，由2条双螺旋状排列的细丝组成。肌球蛋白丝和肌动蛋白丝在构成骨骼肌的最小收缩单位，肌节内，纵向排列。在放松的肌纤维中，肌节平均长度为2.5微米，1厘米长的肌肉中大约有4500个肌节。每条肌纤维由连续不断的肌节构成。
图1.6展示了肌球蛋白与肌动蛋白在肌节中的结构与方向。相邻的肌球蛋白丝在肌节中央的M桥彼此相连在H区中央。肌动蛋白丝在肌节两端对齐并固定在Z线上。Z线在整条肌原纤维不断重复。6条肌动蛋白丝环绕1条肌球蛋白丝，3条肌球蛋白丝环绕1条肌动蛋白丝。
肌动蛋白丝、肌球蛋白和肌节Z线排列形成了骨骼肌上交替出现的深色和浅色纹样，放大之后呈横纹状。深色的A带与肌球蛋白丝的排列一致，而浅色的I带则对应的是2条临近肌节间只包含肌动蛋白丝的部分。Z线位于I带中央，是一条纵贯I带的深色细线。肌节中央的H区只有肌球蛋白丝。当肌肉收缩时，肌动蛋白顺着肌球蛋白滑向肌节中央，这时H区缩短。当Z线被拉向肌节中央时，I带也会缩短。
肌质网（见图1.5）是纵小管系统，它平行环绕于每一条肌原纤维，在靠近Z线的位置会形成终末池。钙离子被储存在这些终末池中。钙离子的调节控制了肌肉收缩。T小管又称横小管，它的走向垂直于肌质网并终止于2个终末池之间的Z线附近。因为T小管分布在外围肌原纤维之间，并在细胞表面与肌纤维膜形成连接，因此，动作电位在释放时几乎可以同时抵达细胞表面与深处。钙离子因此得以被释放于肌肉中，产生协同收缩。来自运动神经元的电脉冲，即动作电位发出信号，钙离子从肌质网释放到肌原纤维中，使肌肉产生张力。
小节1.2.2： 肌肉收缩的肌丝滑行学说
最简单地来讲，肌丝滑行学说描述了肌节两端的肌动蛋白丝在肌球蛋白丝上向内侧滑动，并将Z线向肌节中央拉动，从而缩短肌纤维（见图1.7）的过程。当肌动蛋白丝在肌球蛋白丝上滑动时，H区和I带都缩短。肌球蛋白横桥摆动对肌动蛋白丝的牵引作用，造成了肌动蛋白丝的活动。由于肌球蛋白横桥每次摆动只能造成肌动蛋白丝的微小位移，整条肌肉上的诸多横桥必须快速、重复摆动，才能造成肌动蛋白丝的明显位移。
小节1.2.2.1： 静息阶段
在正常静息时，很少会有钙离子出现在肌原纤维中，大部分的钙离子存储在肌质网中，因此很少有肌球蛋白横桥与肌动蛋白连接。即使肌动蛋白上的结合点被遮盖，肌动蛋白与肌球蛋白仍与彼此保持微弱连接。在储存的钙离子被释放且肌动蛋白结合点被暴露后，该连接会变得牢固，肌肉张力也因此产生。
小节1.2.2.2： 兴奋-收缩耦联阶段
肌球蛋白横桥收缩之前，必须先与肌动蛋白丝形成连接。当肌质网受到刺激而释放钙离子时，钙离子与肌钙蛋白相结合。肌钙蛋白是一种按规律间隔排列在肌动蛋白丝表面（见图1.6），并对钙离子具有亲和力的蛋白质。钙离子和肌钙蛋白的结合会导致另外一个蛋白质分子-原肌球蛋白产生位移。原肌球蛋白沿着双螺旋结构的肌动蛋白丝沟槽分布。此时肌球蛋白横桥便可以更迅速地与肌动蛋白丝连接，从而在肌动蛋白丝被拉向肌节中央时产生肌力。这意味着，一块肌肉产生的瞬时力量与此时肌肉横截面中与肌动蛋白丝结合的横桥数量直接相关。肌肉产生的瞬时力量取决于此时与肌动蛋白结合的肌球蛋白横桥数量。
小节1.2.2.3： 收缩阶段
横桥使肌动蛋白丝产生拉动的过程被称为动力冲程，其所需的能量来自三磷酸腺昔ATP的水解为二磷酸腺昔ADP和磷酸盐过程。这一过程由横桥上的ATP酶催化。为了使肌球蛋白横桥的球状头脱离肌动蛋白结合点并回到原来的位置，另一个ATP分子必须取代球状头上的ADP。这使肌肉得以继续收缩或放松。值得注意的是，钙离子在骨骼肌中除了控制收缩以外还具有其他重要作用，包括无氧糖酵解和有氧氧化代谢，以及蛋白质合成和降解。钙离子与ATP对肌动蛋白丝和肌球蛋白丝间的收缩-放松循环来说是必不可少的。
小节1.2.2.4： 再蓄能阶段
只有当这一序列在整块肌肉中不断重复发生时，才能产生明显的肌肉收缩：钙离子与肌钙蛋白结合；肌球蛋白横桥与肌动蛋白结合；动力冲程；肌球蛋白与肌动蛋白分离；肌球蛋白球状头复位。只要肌原纤维中有可用的钙离子、有可以帮助肌球蛋白与肌动蛋白分离的ATP，以及足够多的活跃的肌球蛋白ATP酶催化ATP的分解，那么该过程便可以不断地持续下去。
小节1.2.2.5： 放松阶段
当来自运动神经元的刺激停止时，肌肉便会放松。钙离子被回收到肌质网，这将阻止肌动蛋白丝和肌球蛋白丝之间形成连接。肌动蛋白丝和肌球蛋白丝回到分离状态使肌肉放松。
小节1.3： 什么因素会影响成年人的骨骼生长
有几种情况可以对成人骨骼产生正面影响，这其中大多数是使用肌肉的结果。当身体承受较大负荷时，骨密度和骨矿物质含量将增加。如果身体执行具有较强冲击性和爆发性的动作，也可能发生类似的变化。类似的骨密度提高的情况在从事体操活动，或其他涉及高力量、高爆发力及硬落地活动的人群中都能被观测到。影响骨骼适应的其他因素包括中轴骨是否承受负荷，以及负荷发生的频率。由于骨骼的适应期比骨骼肌长，所以改变刺激的频率、强度和形式非常重要。
小节1.4： 肌肉收缩的步骤
肌肉收缩的步骤可以总结为以下几点。
•第1点： ATP分解导致肌球蛋白头部处于"激活"状态，使其移动到能够与肌动蛋白结合的位置。
•第2点： ATP分解释放的磷酸盐导致肌球蛋白头发生形变并摆动。
•第3点： 横桥使肌动蛋白丝向肌节的中心拉动，这一过程称为动力冲程，然后ADP被释放。
•第4点： 在动力冲程发生后，肌球蛋白头会在与另一个ATP结合后与肌动蛋白分离，因为该结合过程有助于分离。
•第5点： 肌球蛋白头现在可以与另一个肌动蛋白结合，只要ATP和ATP酶存在且钙离子与肌钙蛋白结合，这一循环过程就会继续。
第2节 神经肌肉系统
运动神经元通过电脉冲的形式从脊髓向肌肉传递冲动以支配肌纤维。运动神经元通常在其轴突的末端有大量分支，从而支配许多不同的肌纤维。其整个结构决定了肌肉的纤维类型、特征、功能和在运动中的参与程度。
小节2.1： 肌肉的激活
当一个运动神经元激发脉冲信号或动作电位时，它所支配的所有肌纤维同时被激活并产生力。对肌肉的控制程度取决于每个运动单位包含的肌纤维数量。有些必须以极高精度工作的肌肉，例如眼部肌肉，每个运动神经元最少可能只控制一条肌纤维。这些小肌肉中激活的运动单位的数量的改变，可以产生使眼球精准移动的力量。相比之下，移动腿部的股四头肌对精度的要求就低得多，一个运动神经元可能支配数百条肌纤维。
沿运动神经元传导的动作电位不能直接激活肌纤维，而是通过化学传递方式来激活被支配的肌纤维。当动作电位传到轴突末梢时，引起神经递质，一乙酰胆碱的释放，其通过扩散穿过神经肌肉接头，引起肌纤维膜的兴奋。一旦释放的乙酰胆碱达到阈值，动作电位便会沿着肌纤维膜产生，使肌纤维收缩。同一运动单位中的所有肌纤维同时收缩并产生力。没有证据表明一个运动神经元的刺激只会使其控制的部分肌纤维收缩。同样地，更强的动作电位也不能引起更强的收缩。这种现象被称为肌肉收缩的全或无原则。
每次运动神经元传导的动作电位会导致运动单位内肌纤维的短暂激活，因此而产生的短暂收缩被称为单收缩。肌纤维膜的激活导致肌纤维内钙离子的释放，并且如前文所述，产生收缩。如果肌动蛋白丝和肌球蛋白丝相互牵拉有阻力存在，便会产生力。尽管在一次单收缩中释放的钙离子足以使肌动蛋白和肌球蛋白充分激活，并在肌纤维中产生最大力，但在肌纤维张力达到最大值之前，钙离子会被清除，肌肉进而放松（见图1.8中的曲线a）。如果在肌纤维完全放松之前，运动神经再次传出刺激，导致第二次单收缩，那么两次单收缩的力会叠加，并造成大于一次单收缩的力（见图1.8中的曲线b）。减少单收缩间的时间间隔会造成更多的横桥连接与更大的力。电脉冲刺激可以以极高的频率传导，使单收缩开始合并并且最终完全融合，该现象被称为强直（见图1.8中的曲线c和曲线d）。这是一个运动单位中所能产生的最大力。
小节2.2： 肌纤维类型
骨骼肌由形态和生理特性都有显著差异的肌纤维组成。这些差异导致了几种基于不同标准的肌纤维分类方法。最常见的方法是按收缩速度将肌纤维分为慢肌纤维和快肌纤维。由于一个运动单位全部由同一种类型的肌纤维组成，因此运动单位也可使用该分类标准来划分。快肌运动单位产生力和放松都很迅速，因此收缩时间短。相反，慢肌运动单位产生力和放松都较慢，因此收缩时间相对较长。
通常用组织化学染色法将肌球蛋白ATP酶成分着色，从而区分慢肌纤维和快肌纤维。虽然这一方法可以对多种肌纤维染色，但通常主要分为I型慢肌纤维、2a型快肌纤维2x型快肌纤维。另一个更具体的方法是确定肌球蛋白重链蛋白的数量；其命名法类似于肌球蛋白ATP酶的命名方法。
1型肌纤维和2型肌纤维机理上的差异造成了它们在收缩时对能量的需求和供应，以及抗疲劳方面的区别。1型肌纤维通常效率较高且抗疲劳，同时有较高的有氧供能能力，但是由于其肌球蛋白ATP酶活性较低和无氧爆发力差的特点，快速产生肌力的能力有限。
2型肌纤维则相反，其特点表现为低效率、易疲劳、有氧能力差、能快速产生肌力、肌球蛋白ATP酶活性高和无氧爆发力强。2a型肌纤维和2x型肌纤维的主要差异在于它们的有氧氧化能量供应能力。例如，2a型肌纤维具有更强的有氧代谢能力，并且围绕它们的毛细血管也比2x型更多，因此显示出更强的抗疲劳性。基于这些差异，并不难理解：维持姿态的稳定肌，例如比目鱼肌，其1型肌纤维含量较高；而较大的肌肉，又被称为运动肌肉，例如股四头肌，则是1型肌纤维和2型肌纤维的混合体，以使其能同时完成低功率和高功率输出的活动。有关肌纤维类型的主要特性的概述见表1.1。运动单位由具有特定形态和生理特性的肌纤维组成，这些肌纤维决定了运动单位的功能性能力。
小节2.3： 运动单位募集模式
依据日常经验，我们非常清楚，一块肌肉可以根据需要完成的特定任务来改变力量输出的大小。这种调节能力对于协调且流畅地完成动作是至关重要的。肌力能以两种方式调节。一种是通过改变运动单位被激活的频率。如果运动单位被激活一次，引起的单收缩不会产生很大的力。然而，如果激活频率增加使单收缩产生的力开始叠加或融合，运动单位产生的合力就大得多。这种改变力量输出大小的方法在小肌肉群中尤其重要，例如手部肌群。即使在较低的力量输出下，这些肌肉中的大多数运动单位也都被激活，尽管频率较低。整个肌肉的力量输出随着运动单位的激活频率增加而变大。另一种改变肌力的方法是通过改变激活运动单位的数量来增大力，这一过程称为募集。在大肌肉群中，当运动单位被激活时已经处于接近强直的频率。因此，力量输出的增加是通过募集额外的运动单位数量实现的。
不同类型的运动单位会因其生理学特点而在不同的活动中被募集（表1.2）。例如像远距离跑这样的项目，慢肌运动单位会被募集，因其具有较高的效率、耐力和抗疲劳能力。如果需要额外的力量，如比赛的最后冲刺阶段，快肌运动单位会被募集，以加快步伐；可惜的是，这种强度的活动难以长时间维持。如果一种活动需要接近最大力量的运动表现，例如高翻，那么绝大多数运动单位都会参与进来，同时快肌运动单位的贡献会更多。未经训练的人几乎不可能完全激活所有可用的运动神经元。尽管用力足够时，大的快肌单位会被募集，但在大多数情况下，可能无法达到足够高的激活频率以发挥其最大力量。
肌肉力量输出可以通过改变单个运动单位的激活频率或改变被激活运动单位的数量来调节。
小节2.4： 本体感觉
本体感受器是位于关节、肌肉和肌腱的特殊的感受接收器。因为这些接收器对压力和张力敏感，所以它们将肌肉动态信息传递给中枢神经系统的意识和潜意识部分。大脑以此获得关于运动感觉的信息或身体各部位相对重力方向的位置的有意识的感知。然而，大多数这种本体感受信息是在潜意识下处理的，所以我们不必将有意识的精力花费在诸如维持身体各部位的姿态或位置这样的任务上。本体感受器是特殊的感觉受体，为中枢神经系统提供维持肌肉张力和执行复杂协调运动所需的信息。
小节2.4.1： 肌梭
肌梭是一种本体感受器，由被包裹在结缔组织鞘中的几个肌纤维变体组成（见图1.9）。这些纤维变体称为梭内肌纤维，与正常肌纤维或称为梭外肌纤维平行排列。肌梭提供关于肌肉长度和长度变化率的信息。当肌肉舒张时，肌梭被拉长。这种形变激活梭内的感觉神经元，后者将电脉冲传导至脊髓，而脊髓的突触与运动神经元形成连接。这导致支配相同肌肉的运动神经元的激活。肌梭因此可反映肌肉为了克服特定的阻力所需要被激活的程度。随着负荷增加，肌肉被拉伸的程度更大，肌梭的参与导致肌肉被更多地激活。执行精确运动的肌肉，每单位质量含有很多的肌梭，以帮助确保精确控制收缩活动。有关肌梭活动的一个简单的例子是膝跳反射。敲击骸骨下方伸膝肌群的肌腱会拉长梭内肌纤维，并引起同一肌肉中的梭外肌纤维的激活。当这些梭外肌纤维主动缩短时，出现膝跳反射。这反过来又会使梭内肌纤维缩短进而停止放电反应。
小节2.4.2： 高尔基腱器
高尔基腱器GTO，又称腱梭，是位于肌腱的本体感受器，靠近肌肉与肌腱连接处，和梭外肌纤维串联（见图1.10）。当与活动肌肉相连接的肌腱被拉伸时，GTO被激活。随着肌肉中的张力增加，GTO的放电增加。高尔基腱器的感觉神经元与脊髓中的抑制性中间神经元形成突触连接，从而通过中间神经元连接并抑制相同肌肉的运动神经元。结果是肌肉和肌腱内的张力减小。因此，肌梭促进肌肉的激活，来自GTO的神经输入则抑制肌肉激活。GTO的抑制过程被认为是一种防止肌肉产生过多张力的保护机制。因此，GTO的效果在受力小时是最低的；但是当肌肉承受极重的负荷时，由GTO传导的反射性抑制会导致肌肉放松。大脑运动皮层覆盖该抑制的能力可能是对高负荷阻力训练产生的基本适应之一。
小节2.5： 运动员如何提高力量产出
•进行较重负荷的训练，以提高神经募集。
•增大参与目标运动所需肌肉的横截面面积。
•进行能够以高爆发力动作完成的多肌肉、多关节训练，以提高快肌纤维的募集。
第3节 心血管系统
心血管系统的主要作用是运输营养物质并清除废物和代谢副产物，同时协助维持身体内环境稳定。心血管系统在调节身体的酸碱系统、体液、温度以及各种其他生理功能中起关键作用。本节将介绍心脏和血管的解剖学和生理学方面的知识。
小节3.1： 心脏
心脏是一个肌肉类器官，由两个相互连接但各自独立的腔室泵组成；心脏的右侧将血液泵向肺部，称为肺循环，左侧将血液泵往全身其他部位，称为体循环。每个泵各有两个腔室：心房和心室（见图1.11）。右心房和左心房分别将血液输送到右心室和左心室。右心室和左心室分别为血液的肺循环和体循环提供动力。
小节3.1.1： 瓣膜
三尖瓣和二尖瓣统称为房室瓣，在心室收缩期间防止血液从心室流回心房。主动脉瓣和肺动脉瓣统称为半月瓣，在心室舒张期间防止血液从主动脉和肺动脉回流到心室中。每个瓣膜被动打开和关闭。当向后的压力将血液反向推回时，瓣膜关闭使血液不能回流；当压力向前使血液前行时，瓣膜开启使血液通过。
小节3.1.2： 心传导系统
一个特殊的电传导系统（见图1.12）控制心脏的机械性收缩。该传导系统的组成包括：
•窦房结： 窦房结是心脏的内在起搏器，这是有节奏的电脉冲的起始点；
•结间束： 结间束将电脉冲从窦房结传导到房室结；
•房室结： 房室结使电脉冲在进入心室之前稍微延迟；
•房室束： 房室束将电脉冲传导到心室；
•左束支和右束支： 左束支和右束支进一步分成浦肯野纤维并将电脉冲传导到白室的所有部分。
窦房结是位于右心房上外侧壁中的小范围特化肌肉组织。窦房结的纤维与心房的肌纤维相连，这导致在窦房结中起始的每次电脉冲通常会立即扩散到心房中。传导系统的结构使其不会将电脉冲迅速传导至心室，从而使心房有时间在心室开始收缩之前把血液泵入心室。延迟每次电脉冲进入心室的，主要是房室结及其相关联的传导纤维。房室结位于右心房的后侧心壁处。
左束支和右束支从房室束延伸到心室中。除了它们伸入房室间隔的起始部分，这些传导纤维具有与房室结纤维完全相反的功能特性。它们的体积更大，传导速度也比房室结纤维更快。由于这些纤维让位于完全渗透心室的浦肯野纤维，因此电脉冲在整个心室系统中，快速传导，并且使两个心室在几乎相同的时间收缩。
窦房结通常控制心脏节律性，因为其放电频率每分钟60至80次，比房室结每分钟40至60次或心室纤维每分钟15至40次更高。每次窦房结放电，其脉冲被传导到房室结和心室纤维，使细胞膜兴奋并产生放电。因此，这些潜在的自兴奋组织在自动节律产生前已经兴奋。
心肌的固有节律性和传导性受到延髓的心血管中枢的影响。心血管中枢通过交感神经系统和副交感神经系统将信号传递到心脏，而交感神经系统与副交感神经系统是自主神经系统的组成部分。心房有大量的交感神经元和副交感神经元，而心室几乎只与交感神经纤维连接。交感神经的刺激加速窦房结的去极化，这导致心脏搏动更快。副交感神经系统的刺激会减慢窦房结放电频率，使心率降低。静息心率通常为每分钟60至100次，少于60次被称为心动过缓，而超过100次被称为心动过速。
小节3.1.3： 心电图
心脏的电活动可从身体表面采集到，该活动的图形被称为心电图ECG。如图1.13所示的正常心电图由P波、QRS波群和T波组成。QRS波群通常为3个波，即Q波、R波和S波。P波和QRS波记录的是电位去极化，即导致机械收缩的电刺激。去极化是膜电位的逆转，此时膜内通常为负的电位变为稍正，膜外电位变为稍负。P波是心肌细胞电位改变的结果这使心房去极化并造成心房收缩。QRS波群是由引起心室去极化的电位改变产生的结果——这造成心室收缩。相反，T波是由心室从去极化状态恢复时产生的电位所引起的；这种称为复极化的过程发生在去极化后不久的心肌中。虽然心房也发生复极化，但其波形通常发生在心室去极化期间，因此被QRS波群掩盖。
小节3.2： 血管
中央和外周血液循环构成一个闭路循环系统，这个系统包括两部分：将血液从心脏泵出的动脉系统和使血液返回心脏的静脉系统（见图1.14）。每个系统的血管是有区别的。
小节3.2.1： 动脉
动脉的功能是快速输送从心脏泵出的血液。因为从心脏泵送的血液压强相对较大，所以动脉具有强壮的肌肉管壁。动脉的小束支称为小动脉，控制血液进入毛细血管。小动脉在毛细血管血流调节中起重要作用。小动脉具有强大的肌肉管壁，其能够完全闭合小动脉或允许血管直径扩张许多倍，从而根据组织的需要极大地改变毛细血管的血流量。
小节3.2.2： 毛细血管
毛细血管的功能是促进血液和各种身体组织液间的氧气、液体、营养物质、电解质、激素和其他物质的交换。毛细血管壁非常薄，并对以上物质具有渗透性，但不是对所有的物质都具有渗透性。
小节3.2.3： 静脉
小静脉从毛细血管中收集血液，并逐渐汇集成更大的静脉，静脉将血液输送回心脏。虽然小静脉也有肌肉性血管壁，但因为静脉系统中的压强很低，所以静脉肌肉管壁很薄。这使静脉可以在一定程度上收缩或扩张，从而作为储存器，储存或多或少的血液。此外，某些静脉内有单向的静脉瓣，通过阻止血液逆流来辅助维持静脉血回流。心血管系统运输营养物质并清除废物，同时有助于维持身体内环境。血液将氧气从肺部输送到组织以用于细胞代谢，并将二氧化碳从组织输送到肺部呼出。
小节3.3： 血液
血液的两个最重要的功能分别是将氧气从肺部运送到组织以用于细胞代谢，以及从组织中清除代谢产生的最主要的副产物二氧化碳，并由肺部呼出。氧气的运输由血红蛋白完成。血红蛋白是红细胞中的铁蛋白分子。血红蛋白的另外一个重要作用就是作为酸碱缓冲液，调节氢离子浓度-—这对细胞中的化学反应速率至关重要。血液的主要成分，红细胞，也具有其他功能。例如，红细胞中含有大量的碳酸醉酶，可催化二氧化碳和水之间的反应以促进二氧化碳的清除。
小节3.4： 什么是肌肉泵
肌肉泵或叫静脉泵，是肌肉收缩时辅助体液循环的系统。肌肉泵与具有静脉瓣的静脉系统一起工作。肌肉收缩会挤压静脉，由于血液只能沿静脉瓣方向流动，因此血液会流回心脏。这种机制是人在运动后需要继续走动以防止血液凝聚在下肢的原因之一。另外，在长时间静坐后，时不时地挤压肌肉以促进血液回流心脏也很重要。
第4节 呼吸系统
呼吸系统的主要功能是氧气和二氧化碳的基本交换。人类呼吸系统的解剖结构如图1.15所示。当空气通过鼻子时，鼻腔具有3种功能：加温、加湿和净化空气。空气通过气管、支气管和细支气管散布到肺部。气管被称为第一级呼吸道，左右主支气管为第二级呼吸道，之后的每一个分支都是下一级呼吸道。空气最终到达肺泡之前有大约23级呼吸道。在肺泡中，气体通过呼吸得以交换。呼吸系统的主要功能是氧气和二氧化碳的基本交换。
小节4.1： 空气交换
空气流动量及进出肺的空气总量由肺容积的增大和缩小控制。肺部不能自主地扩张和恢复，而是以两种方式进行：通过膈膜的收缩和舒张来扩大或缩小胸腔，或通过肋骨的升高和下落来增大或缩小胸腔的前后直径。
正常状态下，平静呼吸几乎完全通过膈膜的运动完成。在吸气时，膈肌收缩，在胸腔中产生负压，空气被吸入肺部。在呼气时，膈膜只是简单的放松，肺、胸廓和腹部结构的弹性回缩挤压肺部，空气被排出。用力呼吸时，仅靠弹力不足以产生足够的呼吸反应，所需的额外力量主要来自腹部肌肉的收缩，以向上推动腹腔来挤压膈肌的底部。
使肺部扩张的第二种方法是上提胸廓。因为在静息姿势时，胸腔容量很小，并且肋骨向下倾斜，肋骨上提可以使其几乎径直前移，因而胸骨可以向前移动并远离脊柱。上提胸廓的肌肉被称为吸气肌，包括肋间外肌、胸锁乳突肌、前锯肌和斜角肌。压缩胸廓的肌肉被称为呼气肌，包括腹直肌、腹内斜肌、腹外斜肌和腹横肌和肋间内肌。
胸膜腔内压是胸膜脏层与胸膜壁层之间狭窄空隙的压力。这个压力通常是微弱的负压。因为肺是一种弹性结构，在正常的吸气过程中，胸腔的扩张能够拉动肺表面并产生更多的负压，从而加强吸气。而在呼气时，这个过程是相反的。
肺内压是呼吸道打开且没有空气进出肺部时肺泡内的压力。在这种情况下，呼吸道内所有部分的压力，包括肺泡的压力，都等于大气压。为了在吸气时使空气向内流动，肺内压必须下降到略低于大气压的值。在呼气时，肺内压必须高于大气压。
在静息状态下正常呼吸时，身体消耗总能量的3%至5%用于肺通气。然而，在高强度运动中，所需的能量可增加到总能量消耗的8%至15%，特别是当这个人的呼吸道阻力有任何程度的增加时，例如运动诱发的哮喘等。根据可能造成的损伤程度，推荐采取包括由医生事先对运动员进行评估在内的预防措施。
小节4.2： 呼吸气体交换
换气时，氧气从肺泡扩散到肺部血液中，二氧化碳从血液扩散到肺泡。扩散过程是分子穿过肺泡毛细血管膜的简单随机运动。扩散的能量来源于分子本身的动力学作用。气体从高浓度区域单向扩散到低浓度区域。两种气体的扩散速率取决于它们在毛细血管和肺泡中的浓度以及每种气体的分压差。
静息状态下，肺泡中的氧分压比肺泡毛细血管中的氧分压高约60毫米汞柱。因此，氧气扩散到肺泡毛细血管的血液中。同时，二氧化碳沿相反方向扩散。这种气体交换过程非常迅速，可以认为是瞬时发生的。
小节4.3： 训练呼吸肌有多重要
经常锻炼有益于保持呼吸肌机能。需要呼吸肌重复收缩的耐力运动，以及为了增强稳定性和腹内压而募集腹部和膈膜肌肉的抗阻运动，都会导致肌肉产生训练适应。这有助于在机体衰老过程中维持肺功能。然而，呼吸肌通常不需要专门训练，除了手术后或长期卧床休息期间，或者当正常的呼吸模式被破坏时。
第5节 本章小结
对于体能教练而言，肌肉骨骼系统、神经肌肉系统、心血管系统和呼吸系统的解剖学和生理学知识对于理解体能训练中所蕴含的科学依据至关重要。这些知识包括骨骼和肌纤维的宏观结构与微观结构及其功能、肌纤维类型、肌腱和肌肉与运动单位之间的相互作用与激活，以及心脏与血管系统、肺、呼吸系统之间的相互作用。这些知识对于制定满足运动员特定需求的训练计划是十分必要的。
第1章 结束
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截图时间：01/8/2024
