生物节律与运动的关系研究

温美丽

（中北大学体育与艺术学院，山西 太原 030051）

生物节律与运动的关系研究

温美丽

（中北大学体育与艺术学院，山西 太原 030051）

人体生物节律与运动训练存在着一定的内在联系，合理利用人体生物节律规律对运动训练的质量和运动成绩的提高都很有益处的。文章阐述了生物节律的研究进展以及生物节律与运动的重要关系，提出了重视运动与生物节律关系的重要性。

生物节律 运动 运动成绩 运动时间

1 引言

随着人类社会的发展以及科学研究的深入与拓展，时间生物学也被广泛引入体育科学领域研究，广大科研工作者、教练员、运动员越来越重视对运动时间的研究，关注运动与人体生物节律之间的关系，纷纷从时间的新视角探讨运动训练的规律，旨在通过把握运动员的生理、生化指标变化和近似昼夜节律特征，利用生物节律安排和调整训练计划，实施择时训练等。时间生物学与体育科学的交叉、融合促进了体育事业的发展。

2 生物节律

2.1 生物节律的定义

生物体的各种功能活动、生长、繁殖乃至某些细微的形态结构，随着时间的推移都可能呈现某种有规律性的反复改变，这就是生物节律性[1]。昼夜节律（Circadian rhythm）是哺乳动物最常见的一种生物节律，包括睡眠、运动、摄食、饮水、体温及内分泌等。这种节律不仅表现在其活动规律上，而且其体内的代谢水平以及其他生理生化指标也呈现出昼夜规律性，如脉搏、体温、激素浓度、酶含量及活性变化、特异基因表达等[2,3]。

2.2 生物节律的分类

目前，依据生物节律周期与自然界周期的关系，周期在24h左右的生物节律称为近日节律（Circadian Rhythm），周期小于20h的生物节律称为超日节（Ultradian Rhythm），周期大于28h的生物节律称为亚日节律（Infradian Rhythm）。如：近半日节律，又称近潮汐节律；近日节律，又称昼夜节律；近7日节律；近月节律；近年节律等[4]。生物节律最基本的特性有：（1）内源性和遗传性；（2）外界刺激可调节生物节律；（3）在没有外界时间相关信息提示时仍可保持节律行[1,]。

2.3 生物节律中枢起搏点

哺乳动物的生物钟位于下丘脑的视交叉上核（SCN），即中枢起搏点。它是下丘脑前方的一对核团，位于视交叉的上方第三脑室底部的两侧。SCN与脑的其他区域间有丰富的纤维联系。其传入纤维中有直接来自视网膜的纤维和来自外侧膝状体腹侧部的纤维，这些纤维使得SCN获得环境授时因子的信息。SCN的传出纤维有四路，通过传出纤维视上核可将其振荡器信号传给其他机能系统。视上核（SCN）作为一个功能整体发挥作用，单个钟细胞可以通过缝隙连接、神经递质的相互作用以及假突触传递来实现所必须的同步化，从而产生协调的输出信息，调节人体生物节律[5]。

视上核调控许多生命活动节律如血压、体温、激素水平、睡眠——觉醒周期等。其中视上核调节生物节律变化明显的激素有褪黑素与皮质醇。褪黑素的分泌是有昼夜节律的，一般在凌晨2-3点达到高峰。夜间褪黑素水平的高低直接影响到睡眠的质量。随着年龄的增长，体内自身分泌的褪黑素明显下降，平均每10年降低10-15%，导致睡眠紊乱以及一系列功能失调[6]。一般皮质醇水平最高在早晨（约6－8点），最低点在凌晨（约0－2点）。通常在上午8点－12点间皮质醇水平会骤然下跌，之后全天都持续一个缓慢的下降趋势。从凌晨2点左右皮质醇水平开始由最低点再次回升，让我们清醒并准备好面对新的充满压力的一天。打破规律则会使皮质醇水平在本该下降的时候升高。生活中那些承受重复压力的人，或者生活节奏紧张的人，或者每晚睡眠少于8小时的人，或者是航天员都很有可能长期处在压力状况下，从而使他们的皮质醇水平长期偏高。这时皮质醇的负面效应开始显现为新陈代谢的变动：血糖升高、食欲增加、体重上升以及极度疲劳等等，从而严重影响工作效率。

3 生物节律的研究进展

在西方，人们对有机体生物节律现象的研究，应追溯到公元前4世纪亚历山大一世时代。1729年首次提出了生物节律（Sanctorius）的概念。20世纪50年代，美国的时间生物学家FranzHalberg发现血液中白细胞数24 h周期性变化规律，从而提出了近似昼夜节律（Circadian）的概念，创造了世界生物学数据分析处理的方法，开创了现代时间生物学的新纪元。随着科学技术的突飞猛进的发展，人们对生物体的节律研究也不断深入，从节律的中枢定位、机制、到生理机能状态以及与环境的关系；从宏观的节奏估计到微观的时序分析，甚至已达到基因水平。人们已掌握了许多人体机能周期性变化规律，并已经开始利用这些规律为人类服务。

20世纪70年代以后，已将时间生物学广泛应用于各个领域，其中也包括体育领域。

运动时间生物学研究方面，主要集中在美国、英国、俄罗斯、加拿大、日本、德国等国家。上世纪70年代初美国学者Franz Halberg对某些体能活动（如50 m跑、握力、俯卧撑等）进行过研究；80年代美国学者E.Haus等又对运动的时间反应做过探讨；英国的H.Y.Nicolau选择研究了生物节律成分对运动的生理反应；Kiein和Wecman对一天中不同时间运动效果进行过研究；俄罗斯的时间学家曾在体育训练过程中应用生物节律的理论进行了研究；1981年日本学者Yemaken研究了体育专业学生体能(PWC)的昼夜节律。从总体讲，作为一门时间学的分支学科，运动时生物学仍处于初级阶段，还有大量的问题需要研究，目前研究的成果主要应用于运动员的训练过程调控，而运用于科学健身锻炼则很少[7]。

20世纪90年代以来，明确以时空观或时间观研究运动训练的成果在增多，并对所研究的运动项目（田径、篮球、足球等）中的有关时空或时间问题进行了分析，不仅指出了对运动项目时间、空间问题研究的重要意义，而且取得了积极的成果。

随着人们对人体生物节律研究的不断深入，其一些理论也逐步渗透到体育运动训练中。实践证明，科学、合理地利用人体生物节律指导运动训练，是可行且十分重要的。

4 人体生物节律与运动

4.1 人体生物节律的固有性

生物节律是人和所有生物体固有的一种具有时间变化规律的生命现象。人的很多生理现象如体温、心肺功能、肌肉的工作、中枢神经系统的功能等都会按一定的节律产生功能变化，变化的规律表现为：在生物节律高潮时各种器官系统的机能达到最好的状态，也即人的体力、心理及智力表现为最佳的状态。而在生物节律低潮时则表现为相反的状态。

当我们从事运动时，如果处于生物节律高潮时，参加体育锻炼就会感到轻松有力，注意力集中，异常兴奋，锻炼效果最好。而当我们处于低潮时，即使是完成一个活动量不大的练习，机体也会感到疲劳，动作变形，注意力很难集中，不仅锻炼效果大受影响，而且还非常容易受伤。

运动性能的许多方面表明：白天在傍晚16：00-20：00时节律有高位值。白天的傍晚与早晨醒来后不久（7：00-10：00）相比较，傍晚有高位值。例如腿部、背部肌肉、臂肌最大功率的输出峰值[8]。

4.2 人体运动的节律特征

据报道，人体几乎有100种以上生理功能具有生物节律行为，其中包括人体不同形式的运动训练。研究表明，不论是最大等长收缩举力、腿部运动耐力、自行车踏板运动自发变异率、无氧运动能力，或是主观疲劳感，结果均表现出具有近日节律性。在下午或是傍晚早期的运动能力与早晨相比，增加约10%。又如实验室内自行车运动的膝伸肌转矩的一天中的变化表现为最大在19:00；而最小在早晨[9]。

由于生物节律在每项生理和心理变量中证明是有作用的，因此可以被合理用于在身体练习、比赛和能力。事实上现在已有足够的信息表明运动能力受到运动类型相关的一天当中时间和最佳能力内源性机制—生物节律的影响[10]。（见表1）

表1 部分运动方式的近日节律

4.3 生物节律与运动损伤

（1）损伤发生与其人体生物节律有较大的联系。人体生物节律的综合影响力大于单一生物节律的影响力。

（2）损伤的种类与其人体生物节律具有一定的联系。生物节律的发生主要是由自身原因造成的扭、拉、摔伤的影响较大；而运动损伤的主要原因是由他人造成的踢、撞伤影响力不大。

（3）损伤的发生与人体生物节律有较大的联系，因此，可作为人体预防运动损伤的医务监督的辅助手段。研究表明：在饮食结构和训练计划相同的情况下，体力周期处于低潮时，人体的吸收能远高于高潮期，运动能力却远低于高潮期。高潮期是机体能量释放阶段，各系统向外挥发能量，以保证机体正常工作。此时机体的吸收能力，储存能力处于低潮，即使饮食稍差，运动状态也保持良好。低潮期是能量补充，积累阶段，各系统都在积累，储备能量，以为下一次释放能量做准备[11]。

4.4 运用生物节律特点合理安排运动量

根据人体生物特征，在运动和饮食上就要进行科学安排，以达到最佳效果.以每天来说，最佳补充时机为刚练完后不久。从训练上看，体力高潮期应多注重肌肉力量训练和线条训练，低潮期应多注重增加肌肉围度和充实度的训练。临界时最好休息。

生物节律处于高潮时，可安排难度较大的运动技、战术，加大运动强度和运动量训练，参加体育锻炼就会感到轻松有力，注意力集中，异常兴奋，健身锻炼，效果最好。而当我们处于低潮时，即使是完成一个活动量不大的练习，机体也会感到疲劳，注意力很难集中，不仅锻炼效果大受影响，而且还非常容易受伤，可安排全面身体训练，注意激发学习积极性，培养坚强意志和毅力。

我们还可以根据环境要求对生物节律进行调整，克服运动员的时差反应。我们知道，当外界环境剧烈变化时，会引起机体的生物节律暂时失调，身体节律与环境节律之间的位相发生了偏移，这时运动员会出现疲劳、失眠、胃肠道障碍、神经及运动能力下降等等一系列反应，我们通常称之为非同步综合症。为了克服这种反应对比赛的影响，一般采用根据比赛时区的昼夜节律，预先调整运动员生物节律，或者提前一段时间到达比赛地区，以适应时差带来的不适应，使生物节律逐步与环境变化同步[12]。

5 存在的问题

有关运动时间生物学方面的应用研究很少，实证研究多限于航空航天领域，实验对象也以动物居多，所以用于人体的实证研究很缺乏。虽然运动时间生物学在体育领域获得了一定地发展，引进、消化和研制了一系列生物节律信息的分析和处理方法，如时间生物学数据分析处理的时间序列分析法和余弦图法。但迄今在理论体系的建立、研究内容的深度和广度等方面都是远远不够的；另一方面，体育科学的发展与运动训练实践所取得的成绩相比，又是滞后的，开发性成果还太少。因此，加强与丰富体育科学的理论知识，把相关学科中的研究成果及时地引入到运动训练之中，从多学科的角度全方位地认识和把握运动训练的生物节律规律性，从而更好的提高运动效率显得尤为重要。

6 研究展望

综上所述，运动时间生物学己成为体育科学体系中的一个重要组成部分，将运动时间生物学原理渗透到运动员成绩过程中，利用生物节律指导科学选材、运动训练，提高训练效率；科学地增减运动量，减少训练中伤害事故的发生，从而达到最大限度地挖掘运动员的潜能；根据运动员的生物节律特点，准确地调整运动员生理机能和兴奋状态，有效地克服时差反应，以适应重大比赛，并创造良好成绩有着十分重要的意义。因此，运动训练时间研究是当今体育事业发展的时代要求，对加快我国体育事业的发展起着非常重要的作用。

[1]William JM Hrushesky，Shaojin You,Jovelyn Du-Quiton,Yin Xiong,Mei Li，Masami Ohmori，Pa tri ci a A.Wo od.癌症的时间生物学:治疗癌症的时间重要吗?[J].基础医学与临床，2005.

[2]金观源.现代时间医学[M].长沙：湖南科学技术出版社，2002：281.

[3]孟衫衫，李金钢，林恭华.地下鼠视觉系统对昼夜节律调节研究进展[J].四川动物，2010（5）：672-675.

[4]陈善广，李莹辉.太空活动与生物节律——空间时间生物学，载人航天催生的新兴学科 [J]. 科技导报，2007（2）：232-238.

[5]包娜仁，于艳秋，张海鹏.昼夜节律性生物钟的分子调节机制 [J]. 国外医学：生理病理科学与临床分册，2003（4）：416-418.

[6]Brainard,G.C.,M.D.Rollag,and J.P.Hanifin.Photic regulation of melatonin in humans:ocular and neural signal transduction.J Biol Rhythms[J].1997（6）：537-46.

[7]肖 平，徐本力.“择时健身”的提出与“同步生物节奏健身锻炼法”的确立——兼论时间生物学在健身锻炼中的应用[J].体育学刊，2006（4）.

[8]Greg Atkinsona,Damien Davenneb.Relationships between sleep,physical activityand human health.PMC[J],2009.

[9]Refinetti.Circadianphysiology.Florida:CRCPPressLLC [J].2000：61-69.

[10]Koukkari,WL.Introducing Biological Rhythms.MN:Springer[J].2006：92-93.

[11]王少春，闻一平，王乔君，陆亨伯，郑国金.大学生运动损伤与生物节律的关系研究[J].中国体育科技，2006（2）

[12]娄道舰，蒋先军.浅谈人体生物节律与运动训练[J].安徽师范大学学报，2000（2）：169-170.

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

温美丽（1985～），女，硕士。研究方向：体育与艺术学。