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运动时间生物学浅谈@第19卷1993年第3期成都体育学院JoumalofChengduPhysicalEducationlnstituteVol.19No.3.19937j）g弓运动时间生物学（ExerciseChronobiology）浅谈孙学川（运动医学系）&和争12【摘要】运动时间生物学是研究在体育运动彫响下人体吋间结构的本质,特点以及机能变化与时间变量的函数关系（规律）的一门新兴分枝学科•率文拟较系统地阐述运动时问生物学的概念E质，任务以及与其它学科的-炎系;概述运动时间生物学在国内外的研究状况｝柳步展望运动时间生物学的发展前景J\n关键词至蝴纬生命的基本特征除有新陈代谢，应激性,生殖外，还具有明显的节律(周期)性•在生物体内的各个层次，从微观的脱氧棱糖核酸(DNA)的复制和转录•酶催化的化学反应,单细胞的生长和修复周期等4:物过程和行为，到宏观的多细胞组织，器官，激索分泌.以及人体机能活动，乃至在家庭的常规活动，起居习惯，社会工作的轮换班制,出国旅行或参加国际性体育比赛，以及大自然界的季节循环，都表现出明显的周期性变化.从物质的时问属性角度研究4:命体内吋问结构的工作已逐步发展成了一门独立的生命科学学科时间生物学(Chronobiology).现代时间生物学通过在借助于以数理分析为皋础的时间序列分析法(time-serics-analysisTSA)等生物节律信息分析处理方法，揭示有机体内时问结构的本质，变化规律特征及其与环境变化的关系,并应用这些规律为人类服务.20世纪屮期以来，时阿生物学被，泛地应用于医学，工业，农业等领域,产生了巨大的社会效益和经济效益,并逐步发展出许多分枝学科.在体育界由于吋同生物学的引入，使，大体\n育科学工作者，教练员，运动员等能正确认识在训练和比赛中,尤其是在重大国际比赛中出现的生物节律(biorhythms)现象，从科学的角度研究和应用生物节律，调节运动员体内的''生物钟，为创造最佳的训练效果和最好的比赛成绩奠定生物学基础•随着吋问生物学在体育科学领域的应用，一门新兴的分枝学科——运动时问生物学(exercisechnmobiology)发展起来了・1运动时间生物学的概念，性质，任务以及与其它学科的关系1.1概念运动时牛物学是研究在体育运动影响下人体时间结构的木质，特点以及变化规律的一80成都体育学院1993定门学科•从概念上讲，运动时间生物学有别于其它学科，它主要研究在体育运动影响下,人体尤其是运动员体能机能变化与时间变量的函数关系，并将生物节律理论应用于体育实践.运动时间生物学也不同于其母学科——时间生物挈,前者侧重于研究生物节律在体育运动中的应用，而后者的研究覆盖整个牛:物界.\n1.2性质从总体上看，运动吋间生物学是一门应用范围极广，交叉性极强的应用性理论学科•它研究的目的不仅仅在于从理论上揭示人体机能周期性变化的规律，更重要的还在于应用这些理论，指导科学化训练和比赛以及相关的一系列活动•为体育运动实践服务.1・3研究对象和任务运动时间生物学主要以运动员为研究对象•但在某些基础性研究(如急性实验)屮,常用动物作为实验材料.研究任务包括:从基础理论的角度，阐明在体育运动影响下•人体机能周期性变化的本质；揭示运动员体内结构的规律及特点，探索和实施择时训练(Chronotraining)｝在掌握运动员的生物节律系统的基础上，对运动员的生理机能状态进行人为的调节，以适应特殊环境的需要｝将生物节律理论应用于选材,营养以及医务监督等体育科学各个方面.1.4与其它学科的关系.运动时间生物学与其它生物学科共同构成了生物科学的统一体•是生俞科学研究中的组\n成部分•它们相互联系，不可分割,各自从不同的角度揭示生命现象的本质和规律.运动吋间纶物学从纶命体存在的吋问属性角度，研究工命体内机能变化与时问变量的函数关系，着重研究体育运动对人体内时间结构的影响，强调生物节律在体育运动屮的应用•而其它学科较多地从生命体存在的空问属性人手，研究生命体内生物变量与空问变量的商数关系,如研究某一生理量在某种特殊环境条件下的增减变量.运动时间生物学与其它生物学科相互渗透，互为补充•相互促进•在研究方法上•大量采用解剖学，生物学,生理学，生物化学等学科的实验手段,在研究生命体空间属性的基础上，阐明生命体的时间属性特征•揭示了有机体内机能变化与时问函数的关系，反过来更有利于人们认识生命体机能变化的规律，丰富人类对生命现象的知识.2运动时间生物学的研究概况2.1中国运动吋间生物学研究状况我围的运动时问生物学是在前人对时问与生物，医学关系的认识和许多科学工作者长期以来从事大量的时阿生物学研究的基础上逐步发展起来的•事实上,\n人类对生命体时问结构的观察研究，早在3千年前便开始了•木世纪80年代初，现代吋问生物学刨始人Frar-Halberg教授来华讲学和现代吋问生物学理论的引入，极大地推动了我国吋间生物学和运动时间生物学的发展,成为我国时间生物学发展的一个里程碑.运动时间生物学的系统研究起步于20世纪80年代中期•在此Z前,有许多科学工作者就生物节律在体育运动中的应用，做了大量很有价值的探索.一些教练员在训练实践中，也自觉或不自觉地运用一些生物节律理论，调整运动员的机能状况•总体上讲，这些研究可分为三第3期孙学川:运动吋问牛•物学(Exe~cisoChronobiology)浅谈81个方面:(1)纯理论性探讨•基于某些生物节律理论从思辨的角度，探讨在体育训练,比赛以及其他方面潜在的应用前景及有关问题.(2)4阳节律”理论及应用研究•将牛H节律应用于训练和比赛，研究涉及的问题包括：人的生物节律是否由出生时刻确定，且一成不变?20世纪人们的生活方式与19世纪的人已有\n很大差别,”生日节律”是否能反映现代人们的生物节律?等等•争论的焦点是:所谓人刚岀生时就确定的且固定不变的生物节奏与运动成绩是否相关?该理论早已被科学实验所否定.(1)生物节律性研究•在实验的基础上•通过生理测试分析研究某些生物信息(指标)是否具有周期性变化的特性以及特征.在此时期中，由于实验条件的局限和现代时间生物学特有的系列时问序列分析方法尚未引入•故对实验所获的运动员体内时间结构信息数据，还不能进行精细的分析和处理，对运动员特有的生物节律现象•尚不能进行更为深入的科学解释.80年代中期•随着现代吋问生物学理论，实验方法等成果的引入，以及时闷生物学工程迅速发展，先进的监测，分析仪器的使用，在国家体委科教司的大力支持下,运动时间生物学的系统研究逐步开展起来•研究的层次•既有理论性较强的分子水平的探索,也有应用性较强的整体水平研究;既有微量分析，也有自然计数•测定的节律信息指标极为广泛•从一般的生理学指标到需用特殊方法测定的一系列生物化学指标j涉及的体育运动项\n目,既有奥运会项目如山径，也有武术等传统体育项目•从80年代中期至90年代初，运动吋问生物学的研究内容，概括起來，有五个方面：(1)方法学研究•在1弓1进和参考国际通用的时间生物学信息数据分析处理计算机软硬件系统的基础上.编制成功了适合我围国情的相应微型计算机软硬件系统，并初步建立起了运动时刚*物学文献目录电了计算机检索系统.(2)运动员生物节律系统及特征研究•最为集中的题目是关于运动员体内的近似昼夜节律体系•这些理论研究，可为将来应用生物节律于运动员选材(如根据体内激素水平选材)，调整运动员的机能状态水平等，提供可靠的嵌据.(3)不同时刻训练的时间生物学反应研究•以动物实验为主，旨在探索不同时刻的运动训练所引起的一系列不同的生物学反应，为应用择时训练法(Chronotraining,即根据运动员体内的吋间结构规律和特点，制订和实旖训练方案的-种训练方法)提供实验依据和参考数据.(4)调节生物节律的实验研究.实验在半封闭(隔离)式时州生物学实\n验室内进行,采用模拟飞行的方法，研究运动员和实验动物的时弟反应，时差适应能力及加速时差服习过程的手段，为调整运动员的生理机能状态,克服时差反应，适应重大国内国际比赛的13程安排，提供实验傲据.(1)其他研究•如运动创伤发病率的时生物学初步研究等.近儿年屮国的运动时生物学研究受到了国际时时生物学会和国际着名专家，同行的支持和注目,认为运动吋间生物学是一门极有发展前景和巨大应用价值的分枝学科.2.2国外运动时间生物学研究状况在西方，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.】647年，意大利科学家Sanctorius开始观察人体体重的节律性变化.该研究持续了30年之久.法国天文学家OrtousDeMniTan于】729年首次提出了生物节律(biorhythm)的概念.20世纪成都体育学院】993年50年代，美国的时M生物学家FHalberg发现血液中自细胞数近似24小时周期性变化规律，\n提出了近似昼夜节律(circadian)的概念，并同其他人一道,创造了时间生物学数据分析处理的吋••序列分析法(TSA)——余弦图(cosinor)，开创了现代吋fj_lj生物学的新纪元•随着科学技术的突飞猛进，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;从宏观的节律到微观的时序分析,甚至已达基因水平.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.70年代后，吋阿纶物学已广泛应用于纶物医学临床，丁农业纶产，航空航天以及交通运输等领域•运动时问生物学的研究，主要集中于美国，英国，俄罗新，加拿尢日本，德国等国家70年代初美国的F.Hallc〜咚对某些体能活动进行过研究•如50米跑，握力,俯卧撑以及仲卧起坐等.80年代,美国的EHaus与罗马尼亚的GY.Nicviau合作，对运动的时问反应作过探讨;H.WSimpson等人研究了节律成份对运动的生理反应;Klein和Wecman以一天中不同时问的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理论;J981年日本的Yemaken以体育专业学生为实验对象，研究人体体能(PWC)的昼\n夜节律，由于体能测试方法学•的缺陷，所获数据与实际情况恰好相反•从学科的角度看，国外的运动吋问生物学研究较少，到目前为止，尚无专门的运动时间生物学实验室和专业研究人员.也未建立起相应的运动时『生物学体系.总体上讲,作为一门分枝学科•运动时阿生物学仍处于初级阶段•还有大量的问题需要研究，许多运动员特有的生物节律规律需要我们去揭示手11阐明•随着研究的深入，运动吋生物学终将发展成为一门成熟的独直学科3运动时间生物学的发展前景随着时生物学的发展，作为一门独立的学科体系，将会派生出一系列相关的分枝学科，从而使运动时问生物学成为体育科学体系中的一个组成部分•在综合性实际应用中•运动时问生物学原理将渗透到运动员成才的全部过程中•从科学选材，到实施择时训练,根据运动员每日，每月，每年的吋问结构特点，科学地增减运动量和变换训练手段,提高训练效率，减少训练中出现的不必要的刨伤,最大限度地挖掘每个运动员的生物运动潜\n能;在比赛季节，能准确人？为地微调”运动员的机能状态水平和时削，瘦他们在比赛的关键时刻处于最佳竞技状态，同吋有救地克服时差反应，为运动员在重大围际比赛中取得优异的运动成绩创造生物学条件.主耍参考文献lFra,azHBl〜rg:Persp〜Hvcs.fb〜ronobiologk:alcn〜neering.In;LE.Scheving.F.HalbcrgandCF.EhrctOds.ChronobiotcchnologyandChronobiologicalEjnec昏Dordrccht;Martinu-NjjhoffP-bEshcr,1987;1一d62FranzHalbe~,ctal;GlossaryfbrChronobio]ogy,Chron〜J]ogJa,1977〜4(suppl)；1893HamE,etallChrormbiologyinlaboratorynlcdi〜inc.ImwTRcitvddods.Clinical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