运动生理学应用指南
动作训练与营养表现的科学原理
第2版
[英] 鲍勃·默里（Bob Murray）著
W.拉里·肯尼（W. Larry Kenney）著
马新东 译
人民邮电出版社
北京
图书在版编目（CIP）数据
运动生理学应用指南：动作训练与营养表现的科学原理：第2版/（英）鲍勃·默里（Bob Murray），（英）W.拉里·肯尼（W. Larry Kenney）著；马新东译．-- 北京：人民邮电出版社，2022.5
ISBN 978-7-115-57829-7
Ⅰ．①运… Ⅱ．①鲍…②W…③马… Ⅲ．①运动生理学—指南 Ⅳ．①G804.2-62
中国版本图书馆CIP数据核字（2021）第227074号
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Copyright © 2021，2016 by Bob Murray and W. Larry Kenney
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著 ［英］鲍勃·默里（Bob Murray）
W.拉里·肯尼（W. Larry Kenney）
译 马新东
责任编辑 刘日红
责任印制 马振武
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 https://www.ptpress.com.cn
雅迪云印（天津）科技有限公司印刷
开本：700×1000 1/16
印张：13.75
字数：295千字
2022年5月第1版
2022年5月天津第1次印刷
著作权合同登记号 图字：01-2021-0640号
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本书提供了简单、有效的方法，帮助读者回顾运动生理学的基本原则，并提供了一些运动生理学的新知识，使读者快速了解身体如何对锻炼和训练做出反应。
本书分为3个部分。第1部分讲解了运动生理学的基础理论，涵盖肌肉、心脏、呼吸系统和神经系统对训练的反应，疲劳在适应训练中所起的作用等内容。第2部分着重于科学设计训练计划，通过回顾每个训练计划应该遵循的基本原则，突出讲解了特定训练的设计特点，以增强力量，合理减重，有效提高速度和爆发力，并最大限度地提高有氧耐力。第3部分专门考虑了一些特殊因素，如在高温、寒冷和高海拔的严峻环境下如何训练，也涵盖了儿童、孕妇和老年人等特殊人群科学锻炼的指导方针。
本书旨在帮助体育科研工作者、专业教练员、运动员和健身爱好者了解运动生理学的相关知识，并运用这些知识更好地指导科学训练。
如果你打算阅读这本书，你可能坚信定期进行体育锻炼会带来好处，并有兴趣了解更多关于身体如何对锻炼和训练做出反应的知识。在追求知识的过程中，你应该意识到，有许多出色的运动生理学教科书可供选择。事实上，肯尼（Kenney）博士正是Physiology of Sport and Exercise，Seventh Edition（Kenney，Wilmore and Costill，2020）的作者，而此书是十分畅销的本科生运动生理学教科书之一。
我们决定编写一本不同的运动生理学教科书——一本强调插图而不是文字的教科书，因为我们知道，学生和忙碌的运动健身专业人员需要快速便捷地获得准确和最新的科学信息。这本书适合的人群包括想要学习运动生理学基础知识的新手，过去参加过运动生理学课程并获得证书，但需要快速更新运动和体育科学基础知识的专业人士。
这本书提供了一种简单、直接的方法帮助你回顾运动生理学的基本原则，以及一些可立即使用的新知识。这本书还可以帮助你改进或制订训练计划，并指导你如何将人体对定期体育运动做出的反应和适应能力方面的知识传授给他人。无论你的运动目标是减肥，还是提高力量、速度或耐力，人体对运动压力的生理反应是所有健身专业人士应该掌握的基本知识。
这本书的组织结构
这本书分为3个部分。第1部分介绍了肌肉、心脏、肺部和神经系统如何对运动和训练做出反应，食物和饮品如何转化为能量，人体如何利用氧气将食物分解转化为能量，以及疲劳如何限制运动能力，又如何作为一个重要的信号，用于更好地健身和保持健康所需的适应性。第2部分着重于训练计划的设计，回顾了作为每个训练计划基础的5个原则，然后重点介绍了为增加肌肉量和肌肉力量、减轻体重、提高速度和爆发力，并最大限度提高有氧耐力而量身定做的特定设计功能。第3部分主要介绍了特殊环境下的运动注意事项，例如运动员及其他有需求的人员在高温、寒冷和高海拔等严峻环境下进行适应性训练的注意事项。这本书还提供了一些以科学为基础的指导方针，帮助你指导儿童、孕妇和老年人的训练。
特殊知识板块
除了大量的照片和详细的插图，这本书还包含一些特殊知识板块，使科学知识以更加生动的形式呈现出来。
如果你几乎没有运动科学的学习背景，这本书可以帮助你开始运动科学的学习之旅。如果你曾经学习过运动生理学课程，这本书将帮助你迅速更新有关生理学、新陈代谢和营养学的基本概念和实际应用技巧。我们希望这本书中的信息能让科学以易懂和有用的方式变得生动起来。
写书在很大程度上是一种团队合作活动。开始编写相关内容之前，我们花费了大量的时间编辑、整理、阅读、提取和交叉引用所需的参考资料，出版方面的专业团队也已经率先开展幕后工作，最终完成了从形成一个简单的想法，到生产和营销最终产品所需的所有步骤，实现了本书的创作。考虑到这一背景，我们要感谢艾米·托科（Amy Tocco）和Human Kinetics出版社的工作人员，感谢他们帮助完成本书的出版。还要感谢家属们给予的支持和理解，为了赶在截止日期前交稿，我们可能偶尔会出现暴躁情绪，而她们对此非常理解。非常感谢琳达（Linda）和帕蒂（Patti）在确保我们有写书所需要的时间和灵活安排方面提供的所有帮助。
鲍勃·默里（Bob Murray）
W.拉里·肯尼（W. Larry Kenney）
学习目标
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。
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。
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。
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。
了解神经如何引起肌肉收缩非常重要，因为如果神经收缩过程遭到破坏，力量就会受损，就可能发生痉挛，具体情况参见第4章介绍的内容。图1.3概述了肌肉收缩所需的各个步骤，让你对骨骼肌细胞的收缩方式有一个基本的了解（或回顾）。
以下是对肌肉收缩过程的简短描述：如果你决定做大重量的肱二头肌弯举，神经冲动会从大脑传递到脊柱，然后从脊柱的运动神经元传递到运动单位内的肱二头肌细胞。当神经冲动到达运动神经元和每个肌细胞之间的连接处（称为运动终板或神经肌肉接点）时，一种名为乙酰胆碱的神经递质就会被释放到神经和肌肉之间的空间（称为突触或突触间隙）中。这样神经冲动就从运动神经元传递到由运动神经元支配的所有肌细胞，使这些细胞一起收缩。但在细胞收缩之前，神经冲动必须首先穿过整个肌细胞膜（肌膜或质膜），通过横小管（横管）瞬间进入每个细胞的内部。每一次神经冲动都会导致钙离子从肌质网中被释放出来，钙离子的释放会导致肌动蛋白丝和肌球蛋白丝相互作用（参见图1.3，了解肌肉收缩的肌丝滑行理论的更多细节），从而导致肌肉收缩。当神经冲动停止时，钙离子立即被泵回肌质网，肌细胞会舒张。
图1.4显示了质膜（肌膜）与横小管的连接，以及肌质网（SR）如何包围单个肌细胞中的肌原纤维。肌细胞内的密集空间里塞满了各种酶，它们是产生能量（ATP）、糖原分子（葡萄糖的储存形式）、脂肪分子，以及许多其他分子和结构所必需的。
肌球蛋白只是众多运动蛋白中的一种。
其中一种分子是肌巨蛋白。近年来科学家发现，肌巨蛋白不仅有助于维持肌纤维的整体结构，还有助于保持滑动丝（肌动蛋白丝和肌球蛋白丝）一起收缩，而且对肌肉力量也很重要。特别是在肌肉拉长（离心收缩）时，肌巨蛋白起到了分子弹簧的作用。钙离子似乎会导致肌巨蛋白变硬，这有助于解释为什么肌肉在离心收缩（拉长）时比在向心收缩（缩短）时要强壮得多。也许肌细胞实际上含有3种可收缩的蛋白质：肌动蛋白、肌球蛋白和肌巨蛋白。
肌巨蛋白是目前已知最大的蛋白质之一。
重要的肌肉收缩术语
向心收缩——当肌肉缩短时产生力，例如在举起一个重物时。
离心收缩——当肌肉拉长时产生力，例如在放下一个重物时。
等长收缩——产生力时，肌肉长度没有变化，例如在推墙时。
不同类型的细胞完成不同的工作
不同类型的肌细胞使人类既能够进行短时间的爆发性运动，也能完成长时间的耐力运动，这并不令人感到吃惊。肌纤维（肌细胞）的类型可以简单地分为Ⅰ型（慢缩型）和Ⅱ型（快缩型）纤维。Ⅰ型纤维更适合耐力运动，而Ⅱ型纤维更适合短跑或其他短而有力的运动。图1.5显示了染色后的不同纤维类型的肌肉横截面。有趣的是，运动单位只包含一种纤维类型。支配Ⅰ型运动单位的运动神经元的直径比支配Ⅱ型运动单位的运动神经元的直径要小。除此之外，Ⅰ型运动单位比Ⅱ型运动单位含有更少的纤维。因此，在激活Ⅱ型运动单位时，会产生更大的力。
显微照片源自：W.L. Kenney，J.H. Wilmore，and D.L. Costill，2020，Physiology of Sport and Exercise，7th ed.（Champaign，IL: Human Kinetics），41. By permission of D.L. Costill.
肌肉生理学的一个基本概念是，小的运动单位先于大的运动单位被募集，这一概念的正式名称是亨尼曼大小原理（Henneman's size principle），以美国科学家埃尔伍德·亨尼曼（Elwood Henneman）的名字命名。亨尼曼在20世纪60年代描述了这一概念。无论使用的力有多大，较小的Ⅰ型运动单位会先于较大的Ⅱ型运动单位被募集。换句话说，即使是在全力冲刺或爆发性运动（例如跳跃或奥运举重）中，混合使用各种运动单位也有助于完成这些任务。
大多数肌肉中约50%是快缩型肌纤维（Ⅱ型纤维），约50%是慢缩型肌纤维（Ⅰ型纤维），但对于不同专项的运动员这一比例可能有很大差异，如表1.1所示。在一些优秀长跑运动员的腿部肌肉中，超过90%的肌纤维是慢缩型肌纤维（Ⅰ型纤维），而一些优秀的短跑运动员则正好相反。虽然肌纤维类型的比例是由基因决定的，但适当的训练可以改善肌细胞的功能，这是获得更强的适应性和表现能力的基础。
胳膊和腿上的Ⅰ型纤维和Ⅱ型纤维的比例是相似的，虽然这些比例会因人而异。
经许可源自：W.L. Kenney，J.H. Wilmore，and D.L. Costill，Physiology of Sport and Exercise，7th ed.（Champaign，IL: HumanKinetics，2020），47.
拉伸肌肉时会发生什么
为什么拉伸肌肉时会感到肌肉紧绷？例如，当你试着在锁定膝盖的情况下触摸脚趾时会拉伸腘绳肌，你就能有那种紧绷感。但到底是什么导致紧绷感呢？几十年来的流行理论认为，肌肉拉伸时产生的被动张力是肌肉周围结缔组织的张力增加所致。事实证明，这些结缔组织可能与肌肉拉伸时产生的张力无关。肌肉离心收缩会拉伸肌细胞，减少肌动蛋白和肌球蛋白相互作用的机会。然而，离心收缩产生的力量非常强大。最近的研究表明，结构性肌巨蛋白在肌肉离心收缩产生力量的过程中起着重要的作用。肌巨蛋白是一种巨大的蛋白质，在每个骨骼肌细胞中起着弹簧的作用。拉伸肌肉时，肌细胞内的肌巨蛋白也会被拉伸。就像拉伸橡皮筋会增加其张力一样，拉伸肌巨蛋白也会增加肌动蛋白和肌球蛋白产生的力量。因此，肌巨蛋白被认为是肌细胞中的第三种收缩蛋白。
肌肉痉挛时会发生什么，如何避免痉挛
你可能遇到过这样或那样的肌肉痉挛。通常这些痉挛只是暂时的，或者在最坏的情况下会导致停训一天。肌肉痉挛是一个很好的示例，可说明肌肉功能是如何与中枢神经系统的活动和营养相互结合的。
先从科学家所知道的关于肌肉痉挛的三件事说起：①并非所有的肌肉痉挛都是一样的；②肌肉痉挛的原因不是单一的；③出于这些原因，没有一种方法可以预防所有肌肉痉挛。
最常见的肌肉痉挛发生在单个肌群收缩并持续收缩时会立即引起局部疼痛。例如，跑步者或骑自行车者的小腿肌肉痉挛，足球运动员的腘绳肌痉挛，游泳运动员的脚部肌肉痉挛，睡眠期间腿部肌肉痉挛（通常发生在老年人中）。有些痉挛似乎是肌肉的神经输入过度刺激引起的。其他痉挛则可能是脱水或脱水加上汗液中盐分流失的共同作用引起的。一些游泳者的脚痉挛似乎是游泳时绷直脚尖引起的局部疲劳造成的。睡眠中和其他非运动场合中的痉挛可能是神经-肌肉不平衡造成的（稍后详细介绍）。全身肌肉痉挛有时被称为“热痉挛”，是所有痉挛中最严重的一种，全身肌肉痉挛被认为是在高强度或长时间运动中严重脱水和盐分流失造成的。
肌肉痉挛的本质表明，运动神经和肌肉之间正常的相互作用存在不平衡。肌肉通常只在有神经输入时才会收缩，因此持续性痉挛就是控制肌肉的神经持续异常输入的证据。
1878年，有医生注意到内华达州的金矿矿工容易发生全身肌肉痉挛。胡佛水坝上的工人和蒸汽船机舱内的铲煤工也是如此。在所有这些情况下，当工作人员增加液体和盐的摄入量时，痉挛就不会发生了。保持摄入充足的水分、充足的能量（碳水化合物）和盐分（电解质），可以防止脱水、疲劳和盐分流失引起的肌肉痉挛。
一旦痉挛发作，除了停止锻炼，做伸展运动（或被动拉伸）之外，别无他法。严重的全身肌肉痉挛通常需要静脉注射生理盐水和处方药物肌肉松弛剂。其他治疗痉挛的方法包括：喝少量泡菜汁或香料混合物，例如辣椒素、生姜和肉桂的混合物；吃芥末；吃香蕉或橙子；注射葡萄糖酸钙或硫酸镁。在这些疗法中，只有泡菜汁和香料混合物有一些科学证据来支持它们的使用。研究人员认为，泡菜汁和香料混合物中的醋酸（醋）会刺激口腔、喉咙和食管的受体，通过口-脑-肌肉的连接，帮助减少进入痉挛肌肉的神经输入。
是什么决定了比赛中的成功
为什么有些人擅长运动，而有些人却不擅长？观察任何运动项目的任何团队，你会发现他们的体能水平、运动技能和竞技成绩都有很大差异，即使团队成员都接受过类似的训练也是如此。为什么相似的刺激会导致不同程度的适应呢？图1.6提供了一些见解，并反映了本书内容的一些重要方面。
简单地说，当肌肉在运动中受到压力时，它们处理压力的能力会逐渐增强。例如，肌肉通过增加举重过程中募集的运动单位数量和产生更多的肌原纤维蛋白（肌动蛋白、肌球蛋白和其他与肌肉收缩有关的蛋白）来适应力量训练。这些变化会导致力量增加，通常还会使肌肉增大。通过耐力训练，肌肉可以通过增加产生能量的线粒体的数量和大小、酶的数量来适应训练，这些酶用于分解糖原、葡萄糖和脂肪酸，以产生能量。
出现这些适应性是因为定期训练会使每个肌细胞中包含的细胞核发生变化。每个肌细胞的细胞核中的DNA都含有基因，这些基因是肌细胞中每种蛋白质的“蓝图”，例如收缩蛋白、结构蛋白、调节蛋白、线粒体蛋白、运动蛋白和酶。通过训练，细胞中基因表达的改变导致产生更多的功能性蛋白。
训练的刺激最终会引发预期的反应，如图1.7所示。这些适应性是各种促进因子造成的。例如，如果患者或运动员经常脱水、饮食不良、没有得到足够的休息，对训练的反应就不那么理想。神经系统、免疫系统和激素（内分泌）系统的适应性使得对训练出现最佳反应成为可能，而所有这些系统都会因缺乏水分、营养和休息而受到干扰。换句话说，为了达到最佳反应，一个好的训练计划必须辅之以适当的补水、营养和休息。
骨骼肌中大约75%是水。换句话说，如果你增加了10磅（1磅≈0.45千克）肌肉，实际上增加了7.5磅的水和2.5磅的收缩蛋白，以及其他细胞成分。
基因在训练的适应性方面也起着重要作用。每个人对运动训练的适应方式都是独一无二的，因为每个人都有独特的基因组成。你的基因决定了你对训练的反应速度和强度。即使每个运动员都以完全相同的力量和体能特征开始训练计划，有些人也会比其他人更快地适应训练，在力量、速度和耐力方面取得更大的进步。换句话说，有些人是高反应者，有些人是低反应者。性别对训练适应能力也有一定的影响。例如，由于男性体内的睾酮含量更高一些，在进行力量训练后，男性的肌肉通常会更大一些。你会在本书后面的章节中对此有更多的了解。
基因在适应性训练中起着重要作用，因为基因组成决定了力量、速度和耐力的上限。例如，研究表明最大摄氧量（VO2max）的改善有25%～50%是由基因决定的。
令人痛苦的事实是，不管一些人多么努力地训练，他们所能达到的最大摄氧量可能仍会比一些没有受过训练的人还低，因为那些人有高摄氧量的遗传因素。同样的道理也适用于力量、速度、灵敏性、柔韧性和其他运动特征。
如果基因只决定了训练适应能力的一部分，那么是什么决定了另一部分呢？那就是职业操守、奉献精神、休息、营养和补水。要想对运动训练产生适应性，需要数月的持续努力。肌细胞的定期超负荷，加上充足的休息，适当的补水和充足的营养，创造并支持细胞内环境，以优化所有功能性蛋白的生产，这些功能性蛋白是增强力量、速度和耐力所必需的。
基因决定了力量、速度、爆发力和耐力的上限。
对有氧、无氧和力量训练的适应
肌肉收缩促使身体运动，而线粒体是为肌肉收缩提供大量能量的细胞器。肌细胞像引擎一样，必须添加燃料和进行冷却，还必须清除废物。在内分泌腺（如垂体、下丘脑、甲状腺、胰腺和肾上腺）的帮助下，这些工作由肺部、心脏、脉管系统、肝脏和肾脏来承担。随着肌细胞逐渐适应训练，支持肌肉功能的组织和器官也开始适应训练。
适应有氧训练
心脏方面
肌肉方面
下面列举了组织和器官等在有氧（耐力）训练过程中产生的许多适应性变化，这些适应性变化都有助于在耐力训练中支持骨骼肌的持续收缩。这个长长的清单证明，运动在促进健康改善和表现提升方面非常有效。
循环方面
肺部方面
骨骼方面
短跑和爆发力项目，例如游泳、足球、篮球、摔跤、排球、拳击、曲棍球和橄榄球，会让肌肉和骨骼等产生一些与耐力训练相同的适应性变化，但其他适应性变化的出现更能满足在短时间内全面活动的要求。以下列举了肌肉和骨骼等因无氧训练计划而产生的适应性变化。
无氧训练计划也可以有效地改善有氧能力和表现。这并不是说耐力运动员应该改变训练计划，强调无氧训练（例如高强度间歇训练，即HIIT），但耐力运动员可以在不牺牲有氧健身时间的情况下提高速度和爆发力。进行短时间的无氧训练（例如，进行10分钟的热身运动，然后进行6次30秒冲刺，两次冲刺之间休息3分钟）的另一个实际好处，是可以通过很少的运动时间来实现无氧和有氧能力的提升。对于那些很难为每天的锻炼留出一两个小时的人来说，这是一个真正的好处。我们将在第8章中再次讨论这个话题。
适应无氧训练
无氧训练主要包括高强度间歇训练（HIIT）。
肌肉方面
骨骼方面
力量训练可让你产生所期待的适应性变化。如本章前面所述，训练之初，力量增强很大程度上是由于中枢神经系统的变化促进了运动单位的增加。在随后的数周或数月里，肌肉会产生更多的收缩蛋白，力量和肌肉量会随之增加。大多数类型的训练对骨骼和韧带也很有好处，尤其是那些需要身体承受重量或反复承受高强度冲击的活动，因为这些活动会快速地对骨骼形成压力，这是促使骨骼更强壮的关键因素。跑步、体操、力量训练和爆发力训练都是很好的示例。骑自行车、游泳和其他对骨骼压力较小的运动实际上可能会使骨密度和骨骼强度减小，这是交叉训练可能有益的另一个原因。
适应力量训练
肌肉方面
骨骼方面
最大限度增强适应性是否会有损害
肌纤维的轻微损伤似乎与对运动的积极适应有关，以下背景信息有助于你正确认识该情况。虽然“没有付出，就没有收获”这句话不是一个好的建议，可能还会导致受伤或更糟的情况，但有证据表明，周期性的肌肉损伤可以刺激肌肉产生更多的收缩蛋白和更大的力量。几乎每个人都经历过剧烈运动（尤其是高强度运动）带来的急性肌肉灼烧和酸痛，但这些不适感往往在运动后几分钟内就会消失。运动后或运动后一两天出现的肌肉酸痛被称为延迟性肌肉酸痛（DOMS），这种酸痛表明存在肌肉受损的情况。
延迟性肌肉酸痛是由肌肉离心收缩引起的，例如下坡跑，放下重物，或者反复从平台上跳下。延迟性肌肉酸痛也可能发生在任何新的和不同的活动之后，因为几乎所有运动都涉及肌肉的离心收缩。当肌肉抵抗时间延长时，肌细胞的细胞膜会破裂并且收缩蛋白排列会中断，如图1.8所示。水肿（损伤部位的肿胀）和炎症也是延迟性肌肉酸痛的特征，因为液体和免疫细胞会从血管进入肌肉，清理损伤并为新的蛋白质的形成创造条件。
产生延迟性肌肉酸痛时，收缩蛋白的损伤暂时削弱了肌肉力量，并且在损伤修复之前削弱了肌肉合成肌糖原的能力。但周期性延迟性肌肉酸痛真的有助于促进肌肉变大吗？肌肉变大、变强壮的方式有很多，肌肉损伤可能会刺激这些适应性变化的产生。研究表明，与向心训练相比，离心训练对肌肉变大的影响更大。有趣的是，据报道，可能是因为肌肉损伤更大，快速离心训练对肌肉肥大的影响更大。这一发现并不意味着离心训练应该是力量训练的唯一途径，但这项研究确实强调了在需要增加肌肉量和力量时，定期进行离心训练（产生延迟性肌肉酸痛）的重要性。但是据报道，使用不会引起肌肉损伤的训练计划也能实现类似的效果。
运动表现营养要点
适当的营养有助于适应训练。饮食中的水、碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质和其他化合物都对肌细胞内发生的许多适应性变化极为重要。
所有类型的运动都会引起肌细胞内外的即时变化，可以将这些变化视为新功能性蛋白产生的信号。作为对有氧训练的反应，肌细胞内产生的各种信号导致更多的酶参与有氧呼吸，更多的线粒体产生能量，以及导致慢收缩特征的肌球蛋白纤维增多。除了增加运动单位的募集和减少对其他运动单位的正常抑制，力量训练还向肌细胞内的细胞核发出信号（每个骨骼肌细胞都包含许多细胞核），以产生更多的收缩蛋白，并唤醒一些通常处于休眠状态的卫星细胞。据报道，在极端力量训练下，肌细胞会分裂成两个，但细胞分裂并不是训练的常见反应。
在休息时，尤其是在运动期间休息时，肌肉会定期分泌数百个被称为肌肉因子的小分子，这些小分子在血液中流动，并附着在其他组织和器官细胞膜的受体上。据说肌肉因子对器官和组织等的功能有影响，例如骨骼、肝脏、大脑和脂肪细胞。肌肉因子还被认为是活跃肌肉与远端组织“交流”的一种方式，在运动中、运动后的恢复和适应运动的过程中提醒它们肌细胞的需求。包括肌细胞在内的所有细胞内的分子钟都控制着肌肉因子和类似分子的分泌，这种功能被认为有助于保持健康，还有助于促进健康地变老。
人们相信肌细胞的总数在出生时就固定了。
肌肉变大（肥大）的原因
什么是卫星细胞
所有骨骼肌细胞都有附着在其细胞膜（质膜或肌膜）上的微小卫星细胞。卫星细胞一直处于不活跃状态，直到被力量训练、肌肉损伤或疾病激活。在需要的时候，卫星细胞会迅速行动，迅速生长，并与邻近的肌细胞相融合，同时留下一些卫星细胞来满足未来的需要（参见图1.9）。大部分发生在儿童早期、青春期的肌肉生长是通过卫星细胞的增殖完成的。卫星细胞增殖是训练的结果，也是对肌肉损伤的反应。
卫星细胞能增加肌细胞中收缩蛋白的含量和细胞核的数量。肌细胞是大细胞，因此需要许多细胞核来满足细胞对新蛋白质的持续需求。身体越健康，越强壮，肌细胞中的细胞核就越多。随着年龄的增长，这可能是一件好事，因为这些细胞核会随着时间的推移保持不变。这些额外的细胞核可以部分解释为什么恢复训练且以前健康的锻炼者比没有经验的锻炼者进步更快。
运动表现营养要点
运动员明白，摄入蛋白质对增加力量和肌肉量非常重要。大多数运动员的蛋白质需求可以通过正常的饮食来轻松满足：饮食中应含有足够的热量来防止体重下降，并含有多种蛋白质（富含蛋白质的食物，如肉类、鱼类、蛋类、奶制品、坚果、豆类和全谷物），换句话说，就是健康均衡的饮食。即使在高强度的力量训练期间，多余的膳食蛋白质也会被分解，而不会促进肌肉量的增加。美国运动医学会（American College of Sports Medicine，ACSM）建议运动员每天每千克体重摄入1.2～2.0克蛋白质。换句话说，建议一个重68千克的运动员每天摄入81.6～136克蛋白质。
激素的作用是什么
当身体活跃时，大脑和活跃的肌细胞发出的信号会激活内分泌系统分泌激素，帮助支持和维持运动。内分泌系统包括下丘脑、垂体、胰腺、甲状腺、睾丸和卵巢、肾上腺，甚至胃肠道等腺体，这些腺体都分泌激素，帮助肌细胞对运动需求做出反应，以及适应训练压力。
睾酮、胰岛素、胰岛素样生长因子（IGF-1）和生长激素（GH）等类固醇和非类固醇激素可促进肌细胞中功能性蛋白增加。图1.10显示了睾酮影响肌细胞蛋白质生成的方式。使用大剂量的违禁药品，如睾酮和其他合成代谢类固醇（包括激素原和合成类固醇）会导致肌肉量和力量大幅增加，因为睾酮等激素会持续刺激收缩蛋白的生成。
有趣的是，运动期间和运动后分泌的激素似乎与肌肉量和力量的增加没有多大关系。肌细胞中有更多雄激素受体的人在训练中最有可能出现肌肉肥大，因为受体越多，意味着对促进肌肉肥大的同化激素的敏感性越高。
本章小结
复习题
1. 描述肌肉是如何通过适当的训练而变得更强壮的。
2. 简要解释基因在肌肉量和力量改善方面的作用。
3. 定义一个运动单位的组成部分。
4. 训练之初，肌肉力量增强的原因是什么？
5. 请描述I型和II型纤维的主要区别。
鲍勃·默里（Bob Murray），PhD，美国运动医学会会员，曾是佳得乐运动科学研究所（GSSI）的联合创始人，并于1985—2008年担任该研究所的所长。默里在运动科学和运动营养领域开展了广泛的基于GSSI和大学的研究，为基于科学的产品功效设定了行业标准和消费者期望。
默里是匹兹堡人，在滑石大学获得了体育教育学士学位和医学博士学位。1974—1977年，他曾在纽约州立大学奥斯威戈分校担任体育助理教授和首席游泳教练，之后获得了俄亥俄州立大学的运动生理学博士学位。1980—1985年，他曾在博伊西州立大学担任体育助理教授和副教授，后来迁居芝加哥。2008年，默里创立了体育科学洞察有限责任公司（Sports Science Insights LLC），这是一家咨询公司，致力于帮助客户开展运动科学和运动营养方面的项目。默里是众多科学文献和期刊文章的作者，并受邀在世界范围内的专业会议上演讲。他是美国运动医学会的会员，也是营养与饮食学会的荣誉会员。默里和他的妻子琳达（Linda）居住在伊利诺伊州的水晶湖。
W.拉里·肯尼（W. Larry Kenney），PhD，美国运动医学会会员，FAPS，是宾夕法尼亚州立大学的生理学和运动机能学教授。肯尼博士因其研究贡献而被宾夕法尼亚州立大学授予学院学者奖章。他发表了220多篇期刊文章，并参与撰写了数十本书，涉及的主题包括人类对运动的反应、冷热应激、脱水，以及人类与环境之间热交换的生物物理学。1986—2015年，他一直获得美国国立卫生研究院（NIH）的资助，这是R01资助时间最长的项目之一。多年来，他指导了38名硕士、博士研究生，8名博士后和众多的本科生。
肯尼博士是Physiology of Sport and Exercise一书的主要作者，这是一本畅销的运动生理学教科书，现已出版第7版，且被翻译成12种语言。2003—2004年，肯尼博士担任美国运动医学会（ACSM）的会长，并于2008年获得该组织的表彰奖。他还是美国生理学会的会员，并于2017年获得该组织颁发的阿道夫杰出演讲奖。他是佳得乐运动科学研究所（GSSI）的前任主席，并在许多科学咨询小组中任职。
马新东，博士，清华大学长聘教授，博士生导师，清华大学体育部体能训练和康复研究中心主任。
担任教育部首届全国高校健康教育教学指导委员会教学指导组组长，全国体育学专业学位研究生教育指导委员会委员，中国生理协会运动生理学专业委员会副主任委员，中国生物物理学会运动与公共健康分会副会长，中国体育科学学会国际交往工作委员会副主任委员。
马新东教授近年来先后主持包括国家社科基金等课题20余项，
在SCI、SSCI期刊，以及《体育科学》等国内外重要学术刊物和国际重要学术会议发表论文80多篇，出版专著、教材8部，翻译著作2部。担任教育部学位中心评审专家和科技部重大专项课题评审专家。
研究领域包括：
1. 人类全生命周期的健康干预：不同人群的日常身体活动、睡眠和认知的关系；
2. 身体活动和环境污染对于认知功能的影响；
3. 运动对脑健康影响的机制：从分子层面研究运动对于认知功能影响的神经生理学机制。
