溫美麗

（中北大學(xué)體育與藝術(shù)學(xué)院，山西 太原 030051）

生物節(jié)律與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系研究

溫美麗

（中北大學(xué)體育與藝術(shù)學(xué)院，山西 太原 030051）

人體生物節(jié)律與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)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(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)成績(jī)的提高都很有益處的。文章闡述了生物節(jié)律的研究進(jìn)展以及生物節(jié)律與運(yùn)動(dòng)的重要關(guān)系，提出了重視運(yùn)動(dòng)與生物節(jié)律關(guān)系的重要性。

生物節(jié)律 運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)成績(jī) 運(yùn)動(dòng)時(shí)間

1 引言

隨著人類社會(huì)的發(fā)展以及科學(xué)研究的深入與拓展，時(shí)間生物學(xué)也被廣泛引入體育科學(xué)領(lǐng)域研究，廣大科研工作者、教練員、運(yùn)動(dòng)員越來(lái)越重視對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的研究，關(guān)注運(yùn)動(dòng)與人體生物節(jié)律之間的關(guān)系，紛紛從時(shí)間的新視角探討運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的規(guī)律，旨在通過把握運(yùn)動(dòng)員的生理、生化指標(biāo)變化和近似晝夜節(jié)律特征，利用生物節(jié)律安排和調(diào)整訓(xùn)練計(jì)劃，實(shí)施擇時(shí)訓(xùn)練等。時(shí)間生物學(xué)與體育科學(xué)的交叉、融合促進(jìn)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(dòng)、生長(zhǎng)、繁殖乃至某些細(xì)微的形態(tài)結(jié)構(gòu)，隨著時(shí)間的推移都可能呈現(xiàn)某種有規(guī)律性的反復(fù)改變，這就是生物節(jié)律性[1]。晝夜節(jié)律（Circadian rhythm）是哺乳動(dòng)物最常見的一種生物節(jié)律，包括睡眠、運(yùn)動(dòng)、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(dòng)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(biāo)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(dá)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(guān)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(diào)節(jié)生物節(jié)律；（3）在沒有外界時(shí)間相關(guān)信息提示時(shí)仍可保持節(jié)律行[1,]。

2.3 生物節(jié)律中樞起搏點(diǎn)

哺乳動(dòng)物的生物鐘位于下丘腦的視交叉上核（SCN），即中樞起搏點(diǎn)。它是下丘腦前方的一對(duì)核團(tuán)，位于視交叉的上方第三腦室底部的兩側(cè)。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(lái)自視網(wǎng)膜的纖維和來(lái)自外側(cè)膝狀體腹側(cè)部的纖維，這些纖維使得SCN獲得環(huán)境授時(shí)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(hào)傳給其他機(jī)能系統(tǒng)。視上核（SCN）作為一個(gè)功能整體發(fā)揮作用，單個(gè)鐘細(xì)胞可以通過縫隙連接、神經(jīng)遞質(zhì)的相互作用以及假突觸傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)所必須的同步化，從而產(chǎn)生協(xié)調(diào)的輸出信息，調(diào)節(jié)人體生物節(jié)律[5]。

視上核調(diào)控許多生命活動(dòng)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(diào)節(jié)生物節(jié)律變化明顯的激素有褪黑素與皮質(zhì)醇。褪黑素的分泌是有晝夜節(jié)律的，一般在凌晨2-3點(diǎn)達(dá)到高峰。夜間褪黑素水平的高低直接影響到睡眠的質(zhì)量。隨著年齡的增長(zhǎng)，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(dǎo)致睡眠紊亂以及一系列功能失調(diào)[6]。一般皮質(zhì)醇水平最高在早晨（約6－8點(diǎn)），最低點(diǎn)在凌晨（約0－2點(diǎn)）。通常在上午8點(diǎn)－12點(diǎn)間皮質(zhì)醇水平會(huì)驟然下跌，之后全天都持續(xù)一個(gè)緩慢的下降趨勢(shì)。從凌晨2點(diǎn)左右皮質(zhì)醇水平開始由最低點(diǎn)再次回升，讓我們清醒并準(zhǔn)備好面對(duì)新的充滿壓力的一天。打破規(guī)律則會(huì)使皮質(zhì)醇水平在本該下降的時(shí)候升高。生活中那些承受重復(fù)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(shí)的人，或者是航天員都很有可能長(zhǎng)期處在壓力狀況下，從而使他們的皮質(zhì)醇水平長(zhǎng)期偏高。這時(shí)皮質(zhì)醇的負(fù)面效應(yīng)開始顯現(xiàn)為新陳代謝的變動(dòng)：血糖升高、食欲增加、體重上升以及極度疲勞等等，從而嚴(yán)重影響工作效率。

3 生物節(jié)律的研究進(jìn)展

在西方，人們對(duì)有機(jī)體生物節(jié)律現(xiàn)象的研究，應(yīng)追溯到公元前4世紀(jì)亞歷山大一世時(shí)代。1729年首次提出了生物節(jié)律（Sanctorius）的概念。20世紀(jì)50年代，美國(guó)的時(shí)間生物學(xué)家FranzHalberg發(fā)現(xiàn)血液中白細(xì)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(xué)數(shù)據(jù)分析處理的方法，開創(chuàng)了現(xiàn)代時(shí)間生物學(xué)的新紀(jì)元。隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人們對(duì)生物體的節(jié)律研究也不斷深入，從節(jié)律的中樞定位、機(jī)制、到生理機(jī)能狀態(tài)以及與環(huán)境的關(guān)系；從宏觀的節(jié)奏估計(jì)到微觀的時(shí)序分析，甚至已達(dá)到基因水平。人們已掌握了許多人體機(jī)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(wù)。

20世紀(jì)70年代以后，已將時(shí)間生物學(xué)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其中也包括體育領(lǐng)域。

運(yùn)動(dòng)時(shí)間生物學(xué)研究方面，主要集中在美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯、加拿大、日本、德國(guó)等國(guó)家。上世紀(jì)70年代初美國(guó)學(xué)者Franz Halberg對(duì)某些體能活動(dòng)（如50 m跑、握力、俯臥撐等）進(jìn)行過研究；80年代美國(guó)學(xué)者E.Haus等又對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間反應(yīng)做過探討；英國(guó)的H.Y.Nicolau選擇研究了生物節(jié)律成分對(duì)運(yùn)動(dòng)的生理反應(yīng)；Kiein和Wecman對(duì)一天中不同時(shí)間運(yùn)動(dòng)效果進(jìn)行過研究；俄羅斯的時(shí)間學(xué)家曾在體育訓(xùn)練過程中應(yīng)用生物節(jié)律的理論進(jìn)行了研究；1981年日本學(xué)者Yemaken研究了體育專業(yè)學(xué)生體能(PWC)的晝夜節(jié)律。從總體講，作為一門時(shí)間學(xué)的分支學(xué)科，運(yùn)動(dòng)時(shí)生物學(xué)仍處于初級(jí)階段，還有大量的問題需要研究，目前研究的成果主要應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練過程調(diào)控，而運(yùn)用于科學(xué)健身鍛煉則很少[7]。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，明確以時(shí)空觀或時(shí)間觀研究運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的成果在增多，并對(duì)所研究的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目（田徑、籃球、足球等）中的有關(guān)時(shí)空或時(shí)間問題進(jìn)行了分析，不僅指出了對(duì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目時(shí)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(duì)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(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中。實(shí)踐證明，科學(xué)、合理地利用人體生物節(jié)律指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，是可行且十分重要的。

4 人體生物節(jié)律與運(yùn)動(dòng)

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(shí)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(huì)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(shí)各種器官系統(tǒng)的機(jī)能達(dá)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(shí)則表現(xiàn)為相反的狀態(tài)。

當(dāng)我們從事運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果處于生物節(jié)律高潮時(shí)，參加體育鍛煉就會(huì)感到輕松有力，注意力集中，異常興奮，鍛煉效果最好。而當(dāng)我們處于低潮時(shí)，即使是完成一個(gè)活動(dòng)量不大的練習(xí)，機(jī)體也會(huì)感到疲勞，動(dòng)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(yùn)動(dòng)性能的許多方面表明：白天在傍晚16：00-20：00時(shí)節(jié)律有高位值。白天的傍晚與早晨醒來(lái)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(yùn)動(dòng)的節(jié)律特征

據(jù)報(bào)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(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。研究表明，不論是最大等長(zhǎng)收縮舉力、腿部運(yùn)動(dòng)耐力、自行車踏板運(yùn)動(dòng)自發(fā)變異率、無(wú)氧運(yùn)動(dòng)能力，或是主觀疲勞感，結(jié)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(yùn)動(dòng)能力與早晨相比，增加約10%。又如實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自行車運(yùn)動(dòng)的膝伸肌轉(zhuǎn)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(xiàng)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(xí)、比賽和能力。事實(shí)上現(xiàn)在已有足夠的信息表明運(yùn)動(dòng)能力受到運(yùn)動(dòng)類型相關(guān)的一天當(dāng)中時(shí)間和最佳能力內(nèi)源性機(jī)制—生物節(jié)律的影響[10]。（見表1）

表1 部分運(yùn)動(dòng)方式的近日節(jié)律

4.3 生物節(jié)律與運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷的醫(yī)務(wù)監(jiān)督的輔助手段。研究表明：在飲食結(jié)構(gòu)和訓(xùn)練計(jì)劃相同的情況下，體力周期處于低潮時(shí)，人體的吸收能遠(yuǎn)高于高潮期，運(yùn)動(dòng)能力卻遠(yuǎn)低于高潮期。高潮期是機(jī)體能量釋放階段，各系統(tǒng)向外揮發(fā)能量，以保證機(jī)體正常工作。此時(shí)機(jī)體的吸收能力，儲(chǔ)存能力處于低潮，即使飲食稍差，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也保持良好。低潮期是能量補(bǔ)充，積累階段，各系統(tǒng)都在積累，儲(chǔ)備能量，以為下一次釋放能量做準(zhǔn)備[11]。

4.4 運(yùn)用生物節(jié)律特點(diǎn)合理安排運(yùn)動(dòng)量

根據(jù)人體生物特征，在運(yùn)動(dòng)和飲食上就要進(jìn)行科學(xué)安排，以達(dá)到最佳效果.以每天來(lái)說(shuō)，最佳補(bǔ)充時(shí)機(jī)為剛練完后不久。從訓(xùn)練上看，體力高潮期應(yīng)多注重肌肉力量訓(xùn)練和線條訓(xùn)練，低潮期應(yīng)多注重增加肌肉圍度和充實(shí)度的訓(xùn)練。臨界時(shí)最好休息。

生物節(jié)律處于高潮時(shí)，可安排難度較大的運(yùn)動(dòng)技、戰(zhàn)術(shù)，加大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)量訓(xùn)練，參加體育鍛煉就會(huì)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(dāng)我們處于低潮時(shí)，即使是完成一個(gè)活動(dòng)量不大的練習(xí)，機(jī)體也會(huì)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(xùn)練，注意激發(fā)學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)堅(jiān)強(qiáng)意志和毅力。

我們還可以根據(jù)環(huán)境要求對(duì)生物節(jié)律進(jìn)行調(diào)整，克服運(yùn)動(dòng)員的時(shí)差反應(yīng)。我們知道，當(dāng)外界環(huán)境劇烈變化時(shí)，會(huì)引起機(jī)體的生物節(jié)律暫時(shí)失調(diào)，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(shí)運(yùn)動(dòng)員會(huì)出現(xiàn)疲勞、失眠、胃腸道障礙、神經(jīng)及運(yùn)動(dòng)能力下降等等一系列反應(yīng)，我們通常稱之為非同步綜合癥。為了克服這種反應(yīng)對(duì)比賽的影響，一般采用根據(jù)比賽時(shí)區(qū)的晝夜節(jié)律，預(yù)先調(diào)整運(yùn)動(dòng)員生物節(jié)律，或者提前一段時(shí)間到達(dá)比賽地區(qū)，以適應(yīng)時(shí)差帶來(lái)的不適應(yīng)，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(guān)運(yùn)動(dòng)時(shí)間生物學(xué)方面的應(yīng)用研究很少，實(shí)證研究多限于航空航天領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)對(duì)象也以動(dòng)物居多，所以用于人體的實(shí)證研究很缺乏。雖然運(yùn)動(dòng)時(shí)間生物學(xué)在體育領(lǐng)域獲得了一定地發(fā)展，引進(jìn)、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(shí)間生物學(xué)數(shù)據(jù)分析處理的時(shí)間序列分析法和余弦圖法。但迄今在理論體系的建立、研究?jī)?nèi)容的深度和廣度等方面都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的；另一方面，體育科學(xué)的發(fā)展與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練實(shí)踐所取得的成績(jī)相比，又是滯后的，開發(fā)性成果還太少。因此，加強(qiáng)與豐富體育科學(xué)的理論知識(shí)，把相關(guān)學(xué)科中的研究成果及時(shí)地引入到運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練之中，從多學(xué)科的角度全方位地認(rèn)識(shí)和把握運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的生物節(jié)律規(guī)律性，從而更好的提高運(yùn)動(dòng)效率顯得尤為重要。

6 研究展望

綜上所述，運(yùn)動(dòng)時(shí)間生物學(xué)己成為體育科學(xué)體系中的一個(gè)重要組成部分，將運(yùn)動(dòng)時(shí)間生物學(xué)原理滲透到運(yùn)動(dòng)員成績(jī)過程中，利用生物節(jié)律指導(dǎo)科學(xué)選材、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，提高訓(xùn)練效率；科學(xué)地增減運(yùn)動(dòng)量，減少訓(xùn)練中傷害事故的發(fā)生，從而達(dá)到最大限度地挖掘運(yùn)動(dòng)員的潛能；根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的生物節(jié)律特點(diǎn)，準(zhǔn)確地調(diào)整運(yùn)動(dòng)員生理機(jī)能和興奮狀態(tài)，有效地克服時(shí)差反應(yīng)，以適應(yīng)重大比賽，并創(chuàng)造良好成績(jī)有著十分重要的意義。因此，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練時(shí)間研究是當(dāng)今體育事業(yè)發(fā)展的時(shí)代要求，對(duì)加快我國(guó)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(shù)學(xué)。