人體運動科學經典研究方法的發展與應用 節選

    眾所周知，沒有準確的研究方法，很難獲得理想的研究結果。因此，作為運
動科學研究工作者不僅要掌握當今一些高、新、精、尖的研究方法，還應當對經典
的和傳統的基本研究方法操作熟練，對其原理和理論背景有熟識的認知，這是運
動科學研究者不可缺少的基本功。
    本書特色在于，這不是一般的實驗方法指導書(這種書已經很多)，而是作者
們在閱讀了大量中外文參考文獻的基礎上，總結了自己多年應用的經驗，對一些
在運動科學界常用的經典研究方法，闡明其發展的歷史背景，以及該方法從醫學
等領域嫁接到運動科學實驗的過程，還對該方法的應用進行了評價，并留有一定
的空間，使閱讀者回味。
    在加強科學訓練方面，為適應2008年奧運會在北京的召開，本書可以使科研
教練對這些基本指標從理論上有更多的認知，在實踐應用時能指導訓練。我們相
信本書對運動訓練的教練員和運動員也會有所幫助。
    限于我們的理論和寫作水平，在編寫過程中可能會有各種錯誤和不足，懇切
希望讀者給予批評和指正。    
    楊錫讓傅浩堅
    2007年6月
 序  一
    21世紀被譽為生命科學的世紀，生命科學自上世紀下半葉至今有了迅猛發展。
    20世紀50年代Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結構、60年代遺傳密碼的破
    譯、70年代Cohen和Boyer實現DNA的重組和轉化奠定了現代分子生物學的基
    礎、80年代Mullis發明的聚合酶鏈式反應技術(PCR)標志著生命科學的飛躍性
    發展，隨后各種先進的研究方法和技術手段的創造與應用，大大推動著生命科學
    研究技術的發展。
    運動生理學屬于生命科學的研究范疇，因此，人體運動科學的研究離不開生
    命科學的實驗方法。在運動生理學研究方法的發展進程中，美國早期哈佛疲勞實
    驗室使用的經典研究方法，有些在運動生理學研究領域仍沿用至今。
    隨著科學技術的發展，現代運動生理學的實驗研究方法從整體、系統、器官
    水平深入拓展到細胞、亞細胞、分子水平，探討運動對機體各部分的功能及其內
    在聯系的影響，注重運用整體觀點從細胞和分子水平上探討運動對機體功能活動
    影響的本質問題，為傳統運動生理學繼續深入研究賦予新的活力。
    當今生命科學發展已進入后基因時代，人體運動科學的研究需要從分子和基
    因水平深入探討機制的同時，我們還必須認識從運動實踐應用的角度探討競技運
    動和大眾健身，為此，運動生理學經典的實驗技術方法，仍然具有廣闊的研究空
    間，對人體運動科學的研究仍有重要價值。本書正是要將這些經典的、具有很強
    實踐指導價值的研究方法介紹給讀者，這無論對大家的學術研究還是實踐指導都
    有重要意義。
    這本書具有以下特點：
    1．理論與實踐結合。在每種研究方法的討論中，都介紹這種方法的研究歷史、
  原理機制、評價討論以及實際操作。
    2．可操作性強。每種研究方法都有詳細的實驗操作步驟及具體方法。
    3．應用價值高。在這些經典的實驗研究中不僅介紹方法，而且介紹對實驗結
  果的分析評價，方便研究者應用。
    本書的主編是著名運動生理學專家北京體育大學楊錫讓教授和香港浸會大學
    傅浩堅教授，其他作者也是對人體運動科學研究有很深學術造詣和實踐應用的專
    家和學者。他們在繁忙的教學及研究工作之余，完成這樣一本高質量的著作，我
    謹向楊錫讓教授和傅浩堅教授以及全體作者表示敬意。
    鄧樹勛
    2007年夏  于華南師范大學

第四章Ifil乳酸研究方法的發展-5應用
    血乳酸是體育科研界研究歷史*長、應用*廣泛的指標之一。自從20世紀五六十年代
  血乳酸被應用于體育界以來，血乳酸在闡明和了解訓練的原理、制定和修改訓練計劃、調節
  和控制訓I練強度、評定和預測訓練水平方面作出巨大貢獻，故乳酸有“訓練標尺”之美稱。
  目前，隨著血乳酸測試方法的不斷改進，特別是乳酸分析儀(尤其是便攜式乳酸分析儀)的
  普及，血乳酸在運動中的運用越來越廣泛。隨著對血乳酸廣泛和深人的研究，有關運動與血
  乳酸的一些經典理論(如無氧閾理論)受到了廣泛質疑，運動產生乳酸的原因、乳酸在運動
  中的作用以及一些經典的乳酸測試與評價方法也不斷得到修正和完善。本文旨在從血乳酸的
  研究歷史背景、*新研究動態以及血乳酸的應用與評價幾方面作以詳細的闡述，為能夠更好
  的理解運動與血乳酸的理論以及在運動訓練中更好的應用血乳酸指標提供幫助。
    **節血乳酸的研究歷史與研究進展
    一、血乳酸的研究歷史
    1780年，瑞典化學家Carl Wilhelm Scheele首先發現了乳酸。Scheele是在酸奶中發現
  并分離出乳酸的，因此命名為乳酸(1actic acid)。實際上，乳酸的真正化學名稱應該為2一
  羥基丙酸(2-hydroxypropanoic acid)。1808年，Berzelius發現動物疲勞的肌肉中產生乳酸，
  并且其濃度與肌肉的活動程度成比例。1810年，化學家證實在新鮮的牛奶、肉和血液中乳
  酸的存在。1833年，乳酸的化學式被證實。此后對于乳酸的來源等問題的研究一直處于爭
  論階段。1907年，弗萊徹和霍普金(Fletcher&Hopkins)報道肌肉疲勞以及缺氧導致乳酸的
  堆積，并且發現在有氧氣存在的情況下堆積的乳酸可以消失，其研究成果為希爾(A．V．Hill)
  后來的“氧債學說”打下了基礎。1920年，邁爾霍夫(Meyerhof)證實了糖原是乳酸的前
  體，這些成果標志著乳酸的研究進入一個新時代。1922年，邁爾霍夫和希爾因為在骨骼肌
  糖代謝能量轉換方面作出的貢獻雙雙獲得諾貝爾獎。邁爾霍夫闡明了大部分的糖酵解途徑
  (20世紀40年代初期，糖酵解途徑完全被闡明)，并且證實乳酸是缺氧狀態下糖酵解副反應
  的產物。希爾定量計算了肌肉在缺氧狀態下收縮時糖轉化成乳酸時釋放出的能量，并認定肌
  肉在缺氧狀態下或者肌肉收縮所需能量超過糖原氧化供能的能力時，糖原還可以通過轉化為
  乳酸陜速大量的供能。其后，希爾又進行了一系列的實驗，并建立了“氧債”學說。  “氧
  債”學說的基本框架是肌肉在缺氧狀態下仍然能夠收縮，而收縮后恢復期的額外氧耗是用來
  償還無氧收縮時的氧虧。希爾的貢獻在于證明了肌肉在劇烈收縮時存在快速供能的途徑，而
 邁爾霍夫揭示了這條途徑的生化過程并指出乳酸是這條途徑的終產物。希爾等人的實驗是在
缺氧條件下完成的，肌肉在缺氧條件下收縮產生乳酸并不表明乳酸的產生一定是缺氧造成
的。從19世紀30—70年代，乳酸一直被認為是肌肉在缺氧狀態下收縮時糖酵解的終產物，
是形成氧債的主要原因，是肌肉疲勞的主要原因。20世紀50年代和60年代早期，霍爾曼
(Hollmann)及其同事開始使用血乳酸來監測心肺病人的運動強度。他們認為如果動脈血乳
酸穩定在一個固定水平，那么這種運動則是“純正的有氧”。1964年，沃塞曼(Wasserman)
和邁克勞瑞(Mcllroy)提出“無氧閾(anaerobic threshold，AT)”的概念。和霍爾曼一樣，
沃塞曼和邁克勞瑞的初衷也是為心血管病人找到一個安全的、持久的、有足夠運動應激的運
動強度。1973年正式使用“無氧閾”這一術語。無氧閾被定義為“在遞增負荷的運動中機
體由有氧代謝供能到大量動用無氧代謝供能的轉折點”。無氧閾理論的基礎是希爾的氧債理
論，即運動中肌肉缺氧。沃塞曼認為當心血管病人進行漸增負荷的運動時，到了一定的運動
強度，其供氧的能力不足維持肌肉的需氧量，此時肌肉缺氧而從有氧代謝轉向無氧代謝，導
致乳酸生成增多和血乳酸的堆積，而此時的運動強度就是無氧閾強度。此后，無氧閾的概念
用于健康人和運動員并*終在體育界得到廣泛應用。值得注意的是，無氧閾只是一個概念，
具體的強度判定要靠一些客觀存在的觀察指標，因此派生出很多概念來反映無氧閾，包括：
乳酸閾(1actate threshold，IJT)、通氣閾(ventilatory threshold，VT)、個體乳酸閾(individu-
al lactate threshold，ILT)以及*大乳酸穩定狀態(maximal lactate steady state，MLSS)等
等。沃塞曼提出的“無氧閾”概念的核心是運動中乳酸生成增多是由于肌細胞的缺氧造成
的。自20世紀80年代以后，很多的研究成果對無氧閾理論提小質疑。這些研究成果共同特
點是顯示了缺氧并不是運動中乳酸生成增多和堆積的唯一原因，無氧閾的理論基礎被動搖。
另外，以布魯克司(Brooks)為代表的學者，通過大量的實驗證實運動結束后，由于體溫升
高、兒茶酚胺濃度保持高水平、CP(磷酸肌酸)的再合成、肌漿中鈣離子的作用以及甲狀
腺素和腎上腺皮質激素的作用等，都使恢復期的耗氧量大于氧虧，運動后過多的氧耗并不是
僅僅用來氧化乳酸、償還氧債，因此對希爾的氧債學說提出質疑，并建議廢除氧債學說建立
‘t運動后過量氧耗”的概念。近20年來，很多研究成果對一些經典的乳酸理論提出質疑，有
關運動與乳酸生成的關系也存在較大的爭論，但主流的觀點不再認為乳酸是一個代謝終產
物，相反，認為乳酸始終是一種活潑的能源物質。根據布魯克司的“乳酸穿梭假說(1actate
 shuttle hypothesis)”，乳酸作為一種“重要的中介”在組織問、細胞間甚至細胞內部穿梭，
調節細胞、局部以及全身的代謝過程。乳酸的產生和消除是一個動態的過程，運動中乳酸的
產生并不是由于肌肉缺氧造成的，血乳酸的增多也不再認為是引起運動性疲勞以及延遲性肌
肉酸痛的罪魁禍首，甚至有觀點認為，血乳酸的生成有利于緩解運動引起的代謝性酸中毒，
離體實驗甚至表明，乳酸的增多可以通過抑制肌細胞外鉀離子濃度的升高而對抗疲勞的產
生。總之，*近的研究成果與傳統的乳酸理論產生了巨大的沖突，可以預見有關運動與血乳
酸這一古老話題的爭論還將進一步進行下去。
二、乳酸的生化代謝途徑
    乳酸的分子式為：CH3-CHOH-COOH；分子量(molecular weight)為89．0g／mol；溶于
水、酒精和乙醚；解離常數(pKa，37。C)為3．87；燃燒熱(heat 0f combustion)為
321kcal／mol。
   乳酸代謝包括乳酸的生成及消除。一般來說，乳酸是糖酵解的終產物，而乳酸的消除卻
有多條途徑。
    在人體處平安靜狀態時，肌細胞內糖原或葡萄糖酵解過程生成丙酮酸和還原型輔酶I
(NADH+H+)。其中大部分丙酮酸和NADH能進入線粒體氧化脫羧生成乙酰輔酶A，再進入
三羧酸循環生成二氧化碳和水，只有少量丙酮酸和NADH在細胞質內的乳酸脫氫酶(肌型
LDH5)催化下，生成乳酸再生的NAD+重新參加糖酵解過程(如圖4-1所示)。所以，安靜
時，正常人體內肌乳酸含量約為1mmol／kg濕肌。    
    在安靜條件下，還有一些組織和細胞，仍能進行糖無氧代謝以獲得部分或大部分能量，
如皮膚上皮細胞、視網膜、睪丸、腎上腺髓質、成熟紅細胞，白細胞等均進行強烈的糖酵
解，其中尤以皮膚中的糖酵解速度*快。而成熟紅細胞幾乎全靠糖酵解獲得能量。這些組
織、細胞以及上面所提到的骨骼肌內的乳酸，均可迅速進入血液，成為血乳酸，所以，在安
靜狀態下，血乳酸總是保持一定的水平。據文獻報告：正常人在空腹、休息時動脈血乳酸值
為0．4～0．8mmol／L；空腹、休息時靜脈血乳酸為0．45-1．30mmol／L，全血和血漿中乳酸的濃
度也不同，紅細胞液中的乳酸濃度為血漿濃度的73％。紅細胞占細胞容積的2／3，即血細
胞比容值正常時，全血乳酸濃度比血漿乳酸濃度約低33％。
    運動員在安靜時血乳酸水平和正常人并無差別。運動員在比賽期、賽前或大運動量訓練
期，血乳酸的安靜值可比平常訓練時高，如摔跤運動員在比賽期開始時晨安靜血乳酸值為
1．00mmol／L。在賽期中的賽前安靜時可升至2．96mmol／L，這是由于賽前緊張，兒茶酚胺類
物質分泌增多，使糖酵解加強的結果。大運動量訓l練后或比賽后，運動員的機能下降時血乳
酸的安靜值也明顯高于平時安靜值，且與疲勞的程度有關，所以，乳酸的安靜值也可反映運
動員的機能水平及賽前競技狀態等。

人體運動科學經典研究方法的發展與應用 作者簡介

p>作者簡介
    楊錫讓教授
    北京體育大學資深教授，博士生導
師(2002年退休)，現任職中國運動醫學
會顧問，  《澳門健康》  《香港運動醫學》
等雜志編委，香港體育學院客座教授，
香港體適能總會顧問，上海大學、福建
師范大學、華南師范大學、蘇州大學、
山西大學等20所高等院校的客座教授，
任華人運動生理與體適能學者學會顧問
和中國老教授運動醫學委員會副會長。
    曾任中華全國體育總會委員，中國
體育科學學會理事，中國運動醫學專業
委員會副主任委員、教研室主任、系主
任。北京生理學會理事，中國應用生理
學雜志編委以及亞洲運動醫學學會科學
委員會委員等職。
    曾發表文章及論文80多篇；編著
《實用運動生理學》等專業書8本；譯著
3本。1992年獲得國務院有特殊貢獻科
學工作者的津貼，2002年獲國際運動醫
學會有貢獻獎和2004年獲中國體育科學
學會貢獻獎。
    傅浩堅教授
    現任香港浸會大學協理副校長，
社會科學院院長及講座教授，許士芬
體康研究中心主任，華人運動生理與
體適能學者學會會長，香港賽馬會體
藝中學校監，香港體院董事局成員，
香港教練培訓委員會主席，香港精英
體育事務委員會副主席和香港太平紳
士。
    曾任國際體育協會亞洲區秘書
長，春田大學國際活動中心主任，香
港大專體育協會董事局及執委會主
席，香港世界大學生運動會籌委會主
席等職。
    發表論文100余篇，著有《實用
體育健康醫學》《運動健身的科學原
理》  《中國基督教青年會對中國近代
體育的影響》  《馬約翰與中國近代體
育的