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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,...

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运动员的身体奥秘

2016-09-30 17:11:36


举世瞩目的巴西里约奥运会终于圆满落下帷幕,各国运动员在更快、更高、更强的道路上又迈进了一大步。当你看到长跑运动员的惊人耐力、举重运动员的强大爆发力以及篮球明星的灵巧运球技术时,你的脑海里也许会冒出这样的疑问:运动员和我们普通人一样,同是血肉之躯,但为什么他们体内会蕴藏着那么大的潜力呢?普通人有可能取得他们的成绩吗?

 

长跑者的心脏

心脏被誉为生命之“泵”,从生命的诞生直至终结,它都在无休无止地工作。

运动员在剧烈运动时,心脏担负的工作繁重得惊人。据测算,在一次马拉松赛跑中,运动员2 个多小时内的心脏工作量,相等于平常16 个小时的工作量。由此可见,没有强有力的心脏,长跑运动员根本难以维持长时间高强度的奔跑,更别谈创造优秀成绩了。

科学家发现,长跑运动员往往拥有一颗大且功能良好的心脏。德国心脏学家赖因德尔等人调查了34 名运动员的心脏,发现其中心脏重350克以上的占82.4%(一般人约重300)。生理学家还发现,有46%的长跑运动员的左心室明显重于常人。此外,长跑运动员的心脏体积也比一般人要大得多。我国科研人员发现,马拉松运动员的心脏体积,平均比普通人大24%。另外,他们心脏的心室腔也比较大,因此容血量较多,心脏收缩一次泵出的血量也多。

长跑运动员的心脏往往比一般人强大,也不易疲劳。正是有了强有力的心脏的支持,他们才有了惊人的耐力。科学家认为,运动员之所以能够拥有强有力的心脏,与长期锻炼不无关系。在日常训练中,由于心脏担负的任务繁重,流经心脏的血流量,要比平时多得多,所以心脏就可以从血液中获得更多的养料和氧气,从而使心脏的结构和功能大大增强,这也就是长跑运动员为什么会拥有一颗强有力心脏的奥秘。

 

大力士的肌肉

肌肉是人体力量的源泉,力举千钧的举重健儿的惊人力量,自然来源于他们那身健壮结实的肌肉。人体的肌肉是由一根根肌纤维组成的,在全身600多块肌肉中,总共包含约3 亿多根肌纤维,而肌肉的力量就来自这些肌纤维的收缩。如果这3亿根肌纤维同时按一个方向收缩,那将产生高达25吨的力量。当然,这些肌纤维都固定在人体的各个部位,实际收缩方向绝不可能一致。

那么,为什么我们和举重健儿拥有同样的肌纤维,但他们就能拔山扛鼎呢?

人体肌纤维的成分,除75% 80%是水分外,其余均为固体物质。在这些固体物质中,和收缩力量有关的,主要是收缩性蛋白质。而在举重健儿的肌纤维中,这类蛋白质的含量就明显多于常人。生理学家在动物实验中早就发现,在经常进行力量性训练的动物中,肌肉内收缩性蛋白质的含量要比未经训练的动物多50%以上,他们的收缩力量自然就会比较强大。此外,举重运动员的发力往往是瞬时的,这就要求有足够的能量保证。科学研究发现,力量训练能使动物肌肉中的糖元含量、携带氧气的肌红蛋白以及毛细血管网均得到增加,这样,肌肉就可以在短时间内得到充分的养料和氧气供应,从而发挥出巨大的力量。

 

“飞毛腿”的动能

作为奥运会赛场上最引人关注的项目,径赛运动员往往是大家关注的焦点。这些“飞毛腿”或是能在10 秒内跑完百米,或是能连续奔跑2 小时之久,究竟他们体内的强大动能来自何处呢?人体肌肉运动就如机械运动一样,都需要足够的能量供应。在人体内,运动的能源是由一种高能磷酸化合物——三磷酸腺苷(ATP)分解后释放的。据计算,身体每分解1 摩尔ATP,就能释放出810千卡能量。然而,人体内ATP 的存储含量其实并不多,若要保证能量源源不断地供应,就得在运动时依靠自身合成ATP。在人体内部,有三个供给ATP 再合成能源的系统:磷酸原系统、乳酸能系统和有氧氧化系统。短跑运动员身休内磷酸原系统和乳酸能系统的能力较强,在缺氧情况下能保证能源供应,因此在激烈的短跑比赛中,他们的肌肉能发挥强大功率,使他们能够健步如飞。长跑运动员体内的有氧氧化系统供给能源能力较强,而他们又有强有力的心肺功能,以及足够的糖及脂肪储量作保障,因此确保了氧气的充分供应。即便在看似漫长的跑道上飞奔,他们也不会出现“能源危机”。

我们不难发现,经过刻苦的锻炼,运动员确实能够拥有常人所不及的力量、速度、灵巧和其他优良素质。然而,也有某些高水平运动员的能力,是我们通过后天训练也无法企及的。比如,加勒比地区的运动员几乎天生就是短跑健将,他们拥有无与伦比的“种族速度优势”,而东非地区则盛产中长跑运动员,世界上最优秀的中长跑运动员几乎都出生于此。与他们相比,东亚人种的力量、速度和爆发力显然是略逊一筹。也许从科学的角度理解,我们才能更珍视刘翔、姚明等人所取得的成绩。


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