生物節(jié)律與運動的關系研究

溫美麗

（中北大學體育與藝術學院，山西 太原 030051）

生物節(jié)律與運動的關系研究

溫美麗

（中北大學體育與藝術學院，山西 太原 030051）

人體生物節(jié)律與運動訓練存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系，合理利用人體生物節(jié)律規(guī)律對運動訓練的質量和運動成績的提高都很有益處的。文章闡述了生物節(jié)律的研究進展以及生物節(jié)律與運動的重要關系，提出了重視運動與生物節(jié)律關系的重要性。

生物節(jié)律 運動 運動成績 運動時間

1 引言

隨著人類社會的發(fā)展以及科學研究的深入與拓展，時間生物學也被廣泛引入體育科學領域研究，廣大科研工作者、教練員、運動員越來越重視對運動時間的研究，關注運動與人體生物節(jié)律之間的關系，紛紛從時間的新視角探討運動訓練的規(guī)律，旨在通過把握運動員的生理、生化指標變化和近似晝夜節(jié)律特征，利用生物節(jié)律安排和調整訓練計劃，實施擇時訓練等。時間生物學與體育科學的交叉、融合促進了體育事業(yè)的發(fā)展。

2 生物節(jié)律

2.1 生物節(jié)律的定義

生物體的各種功能活動、生長、繁殖乃至某些細微的形態(tài)結構，隨著時間的推移都可能呈現(xiàn)某種有規(guī)律性的反復改變，這就是生物節(jié)律性[1]。晝夜節(jié)律（Circadian rhythm）是哺乳動物最常見的一種生物節(jié)律，包括睡眠、運動、攝食、飲水、體溫及內(nèi)分泌等。這種節(jié)律不僅表現(xiàn)在其活動規(guī)律上，而且其體內(nèi)的代謝水平以及其他生理生化指標也呈現(xiàn)出晝夜規(guī)律性，如脈搏、體溫、激素濃度、酶含量及活性變化、特異基因表達等[2,3]。

2.2 生物節(jié)律的分類

目前，依據(jù)生物節(jié)律周期與自然界周期的關系，周期在24h左右的生物節(jié)律稱為近日節(jié)律（Circadian Rhythm），周期小于20h的生物節(jié)律稱為超日節(jié)（Ultradian Rhythm），周期大于28h的生物節(jié)律稱為亞日節(jié)律（Infradian Rhythm）。如：近半日節(jié)律，又稱近潮汐節(jié)律；近日節(jié)律，又稱晝夜節(jié)律；近7日節(jié)律；近月節(jié)律；近年節(jié)律等[4]。生物節(jié)律最基本的特性有：（1）內(nèi)源性和遺傳性；（2）外界刺激可調節(jié)生物節(jié)律；（3）在沒有外界時間相關信息提示時仍可保持節(jié)律行[1,]。

2.3 生物節(jié)律中樞起搏點

哺乳動物的生物鐘位于下丘腦的視交叉上核（SCN），即中樞起搏點。它是下丘腦前方的一對核團，位于視交叉的上方第三腦室底部的兩側。SCN與腦的其他區(qū)域間有豐富的纖維聯(lián)系。其傳入纖維中有直接來自視網(wǎng)膜的纖維和來自外側膝狀體腹側部的纖維，這些纖維使得SCN獲得環(huán)境授時因子的信息。SCN的傳出纖維有四路，通過傳出纖維視上核可將其振蕩器信號傳給其他機能系統(tǒng)。視上核（SCN）作為一個功能整體發(fā)揮作用，單個鐘細胞可以通過縫隙連接、神經(jīng)遞質的相互作用以及假突觸傳遞來實現(xiàn)所必須的同步化，從而產(chǎn)生協(xié)調的輸出信息，調節(jié)人體生物節(jié)律[5]。

視上核調控許多生命活動節(jié)律如血壓、體溫、激素水平、睡眠——覺醒周期等。其中視上核調節(jié)生物節(jié)律變化明顯的激素有褪黑素與皮質醇。褪黑素的分泌是有晝夜節(jié)律的，一般在凌晨2-3點達到高峰。夜間褪黑素水平的高低直接影響到睡眠的質量。隨著年齡的增長，體內(nèi)自身分泌的褪黑素明顯下降，平均每10年降低10-15%，導致睡眠紊亂以及一系列功能失調[6]。一般皮質醇水平最高在早晨（約6－8點），最低點在凌晨（約0－2點）。通常在上午8點－12點間皮質醇水平會驟然下跌，之后全天都持續(xù)一個緩慢的下降趨勢。從凌晨2點左右皮質醇水平開始由最低點再次回升，讓我們清醒并準備好面對新的充滿壓力的一天。打破規(guī)律則會使皮質醇水平在本該下降的時候升高。生活中那些承受重復壓力的人，或者生活節(jié)奏緊張的人，或者每晚睡眠少于8小時的人，或者是航天員都很有可能長期處在壓力狀況下，從而使他們的皮質醇水平長期偏高。這時皮質醇的負面效應開始顯現(xiàn)為新陳代謝的變動：血糖升高、食欲增加、體重上升以及極度疲勞等等，從而嚴重影響工作效率。

3 生物節(jié)律的研究進展

在西方，人們對有機體生物節(jié)律現(xiàn)象的研究，應追溯到公元前4世紀亞歷山大一世時代。1729年首次提出了生物節(jié)律（Sanctorius）的概念。20世紀50年代，美國的時間生物學家FranzHalberg發(fā)現(xiàn)血液中白細胞數(shù)24 h周期性變化規(guī)律，從而提出了近似晝夜節(jié)律（Circadian）的概念，創(chuàng)造了世界生物學數(shù)據(jù)分析處理的方法，開創(chuàng)了現(xiàn)代時間生物學的新紀元。隨著科學技術的突飛猛進的發(fā)展，人們對生物體的節(jié)律研究也不斷深入，從節(jié)律的中樞定位、機制、到生理機能狀態(tài)以及與環(huán)境的關系；從宏觀的節(jié)奏估計到微觀的時序分析，甚至已達到基因水平。人們已掌握了許多人體機能周期性變化規(guī)律，并已經(jīng)開始利用這些規(guī)律為人類服務。

20世紀70年代以后，已將時間生物學廣泛應用于各個領域，其中也包括體育領域。

運動時間生物學研究方面，主要集中在美國、英國、俄羅斯、加拿大、日本、德國等國家。上世紀70年代初美國學者Franz Halberg對某些體能活動（如50 m跑、握力、俯臥撐等）進行過研究；80年代美國學者E.Haus等又對運動的時間反應做過探討；英國的H.Y.Nicolau選擇研究了生物節(jié)律成分對運動的生理反應；Kiein和Wecman對一天中不同時間運動效果進行過研究；俄羅斯的時間學家曾在體育訓練過程中應用生物節(jié)律的理論進行了研究；1981年日本學者Yemaken研究了體育專業(yè)學生體能(PWC)的晝夜節(jié)律。從總體講，作為一門時間學的分支學科，運動時生物學仍處于初級階段，還有大量的問題需要研究，目前研究的成果主要應用于運動員的訓練過程調控，而運用于科學健身鍛煉則很少[7]。

20世紀90年代以來，明確以時空觀或時間觀研究運動訓練的成果在增多，并對所研究的運動項目（田徑、籃球、足球等）中的有關時空或時間問題進行了分析，不僅指出了對運動項目時間、空間問題研究的重要意義，而且取得了積極的成果。

隨著人們對人體生物節(jié)律研究的不斷深入，其一些理論也逐步滲透到體育運動訓練中。實踐證明，科學、合理地利用人體生物節(jié)律指導運動訓練，是可行且十分重要的。

4 人體生物節(jié)律與運動

4.1 人體生物節(jié)律的固有性

生物節(jié)律是人和所有生物體固有的一種具有時間變化規(guī)律的生命現(xiàn)象。人的很多生理現(xiàn)象如體溫、心肺功能、肌肉的工作、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能等都會按一定的節(jié)律產(chǎn)生功能變化，變化的規(guī)律表現(xiàn)為：在生物節(jié)律高潮時各種器官系統(tǒng)的機能達到最好的狀態(tài)，也即人的體力、心理及智力表現(xiàn)為最佳的狀態(tài)。而在生物節(jié)律低潮時則表現(xiàn)為相反的狀態(tài)。

當我們從事運動時，如果處于生物節(jié)律高潮時，參加體育鍛煉就會感到輕松有力，注意力集中，異常興奮，鍛煉效果最好。而當我們處于低潮時，即使是完成一個活動量不大的練習，機體也會感到疲勞，動作變形，注意力很難集中，不僅鍛煉效果大受影響，而且還非常容易受傷。

運動性能的許多方面表明：白天在傍晚16：00-20：00時節(jié)律有高位值。白天的傍晚與早晨醒來后不久（7：00-10：00）相比較，傍晚有高位值。例如腿部、背部肌肉、臂肌最大功率的輸出峰值[8]。

4.2 人體運動的節(jié)律特征

據(jù)報道，人體幾乎有100種以上生理功能具有生物節(jié)律行為，其中包括人體不同形式的運動訓練。研究表明，不論是最大等長收縮舉力、腿部運動耐力、自行車踏板運動自發(fā)變異率、無氧運動能力，或是主觀疲勞感，結果均表現(xiàn)出具有近日節(jié)律性。在下午或是傍晚早期的運動能力與早晨相比，增加約10%。又如實驗室內(nèi)自行車運動的膝伸肌轉矩的一天中的變化表現(xiàn)為最大在19:00；而最小在早晨[9]。

由于生物節(jié)律在每項生理和心理變量中證明是有作用的，因此可以被合理用于在身體練習、比賽和能力。事實上現(xiàn)在已有足夠的信息表明運動能力受到運動類型相關的一天當中時間和最佳能力內(nèi)源性機制—生物節(jié)律的影響[10]。（見表1）

表1 部分運動方式的近日節(jié)律

4.3 生物節(jié)律與運動損傷

（1）損傷發(fā)生與其人體生物節(jié)律有較大的聯(lián)系。人體生物節(jié)律的綜合影響力大于單一生物節(jié)律的影響力。

（2）損傷的種類與其人體生物節(jié)律具有一定的聯(lián)系。生物節(jié)律的發(fā)生主要是由自身原因造成的扭、拉、摔傷的影響較大；而運動損傷的主要原因是由他人造成的踢、撞傷影響力不大。

（3）損傷的發(fā)生與人體生物節(jié)律有較大的聯(lián)系，因此，可作為人體預防運動損傷的醫(yī)務監(jiān)督的輔助手段。研究表明：在飲食結構和訓練計劃相同的情況下，體力周期處于低潮時，人體的吸收能遠高于高潮期，運動能力卻遠低于高潮期。高潮期是機體能量釋放階段，各系統(tǒng)向外揮發(fā)能量，以保證機體正常工作。此時機體的吸收能力，儲存能力處于低潮，即使飲食稍差，運動狀態(tài)也保持良好。低潮期是能量補充，積累階段，各系統(tǒng)都在積累，儲備能量，以為下一次釋放能量做準備[11]。

4.4 運用生物節(jié)律特點合理安排運動量

根據(jù)人體生物特征，在運動和飲食上就要進行科學安排，以達到最佳效果.以每天來說，最佳補充時機為剛練完后不久。從訓練上看，體力高潮期應多注重肌肉力量訓練和線條訓練，低潮期應多注重增加肌肉圍度和充實度的訓練。臨界時最好休息。

生物節(jié)律處于高潮時，可安排難度較大的運動技、戰(zhàn)術，加大運動強度和運動量訓練，參加體育鍛煉就會感到輕松有力，注意力集中，異常興奮，健身鍛煉，效果最好。而當我們處于低潮時，即使是完成一個活動量不大的練習，機體也會感到疲勞，注意力很難集中，不僅鍛煉效果大受影響，而且還非常容易受傷，可安排全面身體訓練，注意激發(fā)學習積極性，培養(yǎng)堅強意志和毅力。

我們還可以根據(jù)環(huán)境要求對生物節(jié)律進行調整，克服運動員的時差反應。我們知道，當外界環(huán)境劇烈變化時，會引起機體的生物節(jié)律暫時失調，身體節(jié)律與環(huán)境節(jié)律之間的位相發(fā)生了偏移，這時運動員會出現(xiàn)疲勞、失眠、胃腸道障礙、神經(jīng)及運動能力下降等等一系列反應，我們通常稱之為非同步綜合癥。為了克服這種反應對比賽的影響，一般采用根據(jù)比賽時區(qū)的晝夜節(jié)律，預先調整運動員生物節(jié)律，或者提前一段時間到達比賽地區(qū)，以適應時差帶來的不適應，使生物節(jié)律逐步與環(huán)境變化同步[12]。

5 存在的問題

有關運動時間生物學方面的應用研究很少，實證研究多限于航空航天領域，實驗對象也以動物居多，所以用于人體的實證研究很缺乏。雖然運動時間生物學在體育領域獲得了一定地發(fā)展，引進、消化和研制了一系列生物節(jié)律信息的分析和處理方法，如時間生物學數(shù)據(jù)分析處理的時間序列分析法和余弦圖法。但迄今在理論體系的建立、研究內(nèi)容的深度和廣度等方面都是遠遠不夠的；另一方面，體育科學的發(fā)展與運動訓練實踐所取得的成績相比，又是滯后的，開發(fā)性成果還太少。因此，加強與豐富體育科學的理論知識，把相關學科中的研究成果及時地引入到運動訓練之中，從多學科的角度全方位地認識和把握運動訓練的生物節(jié)律規(guī)律性，從而更好的提高運動效率顯得尤為重要。

6 研究展望

綜上所述，運動時間生物學己成為體育科學體系中的一個重要組成部分，將運動時間生物學原理滲透到運動員成績過程中，利用生物節(jié)律指導科學選材、運動訓練，提高訓練效率；科學地增減運動量，減少訓練中傷害事故的發(fā)生，從而達到最大限度地挖掘運動員的潛能；根據(jù)運動員的生物節(jié)律特點，準確地調整運動員生理機能和興奮狀態(tài)，有效地克服時差反應，以適應重大比賽，并創(chuàng)造良好成績有著十分重要的意義。因此，運動訓練時間研究是當今體育事業(yè)發(fā)展的時代要求，對加快我國體育事業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用。

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The Relationship between Biological Rhythms and Exercise

Wen Meili
（Sports and Art Institute of North University of China，Taiyuan Shanxi 030051）

There are some inherent associations between human biological rhythms and exercise training.It is beneficial for improving the quality of sports training and athletic performance by rational using human biological rhythm rules.This paper describes the research progress of biological rhythms and the important relations between the circadian rhythm and sports,paying attention to the importance of the relations between movement and rhythm.

biological rhythms exercise performance time for exercise

G80

A

1004—5643（2012）03—0118—03

溫美麗（1985～），女，碩士。研究方向：體育與藝術學。