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运动生理学向我们展示了人们如何运动和适应，增进了我们对人体可能性和极限的认识。作者：Christine Yu丨来源：The Physiologist, July 20242024 年 7 月 26 日，第三十三届奥林匹克运动会将在法国巴黎开幕。届时将有超过 10,000 名运动员齐聚一堂，参加 32 个运动项目的 329 项比赛——从体操到举重，从马术到冲浪——突破人类表现的极限。虽然世界级运动员具有天赋的基因，但他们并非仅凭基因就能登上体育界最大的舞台。这需要多年的专注训练，以及大量的科学研究。运动生理学（更广泛地说是运动科学）领域帮助研究人员了解人体如何适应训练并有效地运动。它不仅帮助人们成为更好的运动员，还让我们更接近了解人类表现的极限。 但研究运动科学不仅仅能让我们当中最活跃的人受益。最终，它能帮助到我们所有人。我们为何研究运动？
运动生理学研究运动如何影响人体的生理系统。佳得乐运动科学研究所 (GSSI) 高级首席科学家 Kimberly Stein 博士说：“当你对身体施加运动压力时，所有系统都会发生变化——心率、通气量、血流量、核心温度” “运动生理学家会观察这些变化，评估哪些是安全的，哪些是不安全的。他们还会观察你持续训练或停止锻炼时身体的适应性。” 但该领域最初并非以提高运动成绩为明确目的。例如，哈佛疲劳实验室于 1927 年成立时，其主要目的是研究人类如何应对日常活动和工业劳动造成的生理、心理和社会文化压力。通过了解导致身体疲劳的原因，研究人员可以帮助公司提高员工效率。运动为研究疲劳和“稳态”活动提供了一种明确的方法。 第二次世界大战期间，美国政府与哈佛实验室签订了合同，要求其为极端高温和严寒条件下的军事行动提供建议。该指令推动了相关研究，旨在了解如何适应不同的环境，以及这对体温调节和补水意味着什么。 “这些适应的原则都是一样的，你可以针对特定人群进行修改” 佐治亚理工学院生物科学副教授 Michael Sawka 博士说。“当运动员对如何适应高温感兴趣时，他们可以采用相同的基本原则并将其应用于运动。” ![]()
运动表现的因素
尽管 Stein 在大学打篮球和垒球，但她并不认为自己的职业生涯会流这么多汗。在 GSSI，她负责管理精英运动员服务项目，该项目大部分时间都涉及汗液测试。 调节体温和适当补水对运动员来说至关重要。“如果你没有适当出汗或没有补充流失的水分和电解质，你就有患中暑的风险” Stein 说。脱水会导致血容量减少、皮肤血流量减少和核心温度升高；在炎热潮湿的环境中锻炼或运动员使用大量设备（如踢足球）时，这尤其令人担忧。 水分摄入也会影响身体和认知能力。“当体重下降约 2% 时，你的表现就会开始下降” 她说。但没有一种补水策略适合所有人。“每个人的出汗量和钠流失量都有自己的独特汗液特征” 她说。因此，斯坦的团队会前往球队或运动员所在地，在他们特定的环境中进行汗液测试。 他们在训练前后给运动员称重，并记录体重变化。“这是老办法，但仍然是了解运动过程中流失水分的最佳方法” 她说。他们测量以尿液形式排出体内的任何水分，以及运动员在训练期间吃或喝的任何食物。运动员在前臂上佩戴贴片，用于分析电解质。然后，团队确定每位运动员的个人出汗情况和补水计划。 补水和体温调节只是影响运动表现的两个因素。肌肉、遗传、营养、生物力学、心理和性别差异都发挥着作用。通过研究这些因素背后的机制，研究人员有助于为更好的训练计划奠定基础，这不仅对精英运动员有益，而且对任何想要积极锻炼的人都有好处。 瑞士巴塞尔大学药理学教授 Christoph Handschin 博士说：“我们的目标是推广一种高效、安全、基于证据的训练方式，以最大限度地取得进步，最大限度地减少潜在的失败。”随着可穿戴技术的出现，来自不同年龄、性别、种族和民族背景的人们的数据可能蕴藏着巨大的潜力。这些数据不仅可以帮助研究人员更好地了解人类健康和表现的范围，还可以帮助他们做出更好的决策。 例如，Sawka 所在的团队正在使用可穿戴数据、人工智能和机器学习来预测中暑。其他人可以提前两到三分钟预测中暑，而 Sawka 表示，他们可以提前 40 到 50 分钟预测。“虽然案例数量有限，但它显示了这种方法的威力。”他说。运动中的女性
从历史上看，女性在体育科学研究中的代表性不足。缺乏科学证据，再加上社会文化对女性身体能力的观念，限制了女性在运动领域的发展。“我们的文化限制了我们的身体能力，使我们无法发挥出最好的生物自我，”运动科学教授、密尔沃基马凯特大学运动与人类表现研究中心主任 Sandra Hunter 博士说。 近年来，随着研究人员试图梳理女性生理学及其对训练指导的意义，了解性别差异已成为关注的重点领域。为了发挥运动潜力，女性应该采用不同的训练方式吗？以补水为例，Stein 指出，月经周期黄体期的生理变化可能会影响口渴，但只要随时随地自由饮水，总体体液平衡和体液潴留不会发生变化。“大多数人认为男女之间存在很大差异。虽然从技术上讲确实存在一些差异，但大多数女性对脱水的生理反应相似” 斯坦说。“这不意味着不同的补水建议。”然而，在其他领域，性别差异可能确实会产生重大影响，可能需要不同的建议。科学家开始发现这些细微差别，但还需要更多的研究。从奥运选手到普通人
考虑到久坐不动和缺乏体育锻炼会增加患病风险并加速衰老，研究人员想要研究肌肉并了解锻炼如何以及为何会带来如此多的健康益处也就不足为奇了。“为了了解坏处，你必须了解好处” Handschin 说。 肌肉的作用不仅仅是产生力量。“你可以说它不仅仅是一种组织，而是一个器官” Handschin 说。“随着时间的推移，反复的运动会导致细胞方面的重塑和变化，如炎症、新陈代谢等。我们想了解控制健康和疾病中肌肉可塑性的分子机制。” 研究运动可以让研究人员了解人体体能的整个范围。精英运动员代表着上限，“我们必须知道 100% 的体能水平是多少，因为它给了我们一个界限。它让我们可以确定我们可以达到的水平” Hunter 说。然后，研究人员可以发现支撑最佳健康和表现的生物学和生理学原理，以及阻碍人们达到最佳状态的因素。 例如，Hunter 研究的一个主要重点是肌肉如何以及何时疲劳。在实验室中，她要求参与者进行一项锻炼，例如腿部伸展，举起相当于其最大力量约 20% 的重量。虽然这听起来可能并不难，但参与者必须每三秒进行一次腿部伸展，持续四分钟。Hunter 和她的团队测量了肌肉力量的相对下降，随着年龄的增长，肌肉疲劳的速度会更快。 当老年人反复收缩肌肉时，比如上楼梯时，他们会更快疲劳。Hunter 说，这不仅仅是因为他们的肌肉力量或力量减弱了。“还有其他因素导致衰老过程中肌肉疲劳加剧。如果我们了解机制和原因，我们就可以治疗它，我们可以解决这个问题”她说。 例如，Hunter 的团队正在进行实验，让老年人在限制血流的同时进行力量训练。他们发现，在限制血流的情况下，每周进行三次、持续八周的训练后，老年人的肌肉不会那么快疲劳。物理治疗诊所和运动教练正在采用这种技术来增强老年人和运动员的训练效果。展望未来
尽管关于运动和锻炼科学的文献非常丰富，但研究人员还只是触及了皮毛。“我们训练时所做的许多事情都没有证据支持，也许这就是我们不断尝试各种训练方式的原因” Handschin 说，“还有很多东西需要学习。”随着研究人员不断加深对运动科学的理解，我们可以继续突破人类运动表现的界限。更多阅读：
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