田径运动员从事体能训练，不仅要掌握训练的方法，还要学习和了解田径体能训练的基本理论，这有助于田径运动员更好地参加体能训练，保证田径体能训练的科学性和有效性，从而提高体能训练的效果和质量。本章将从田径体能训练的生理学、营养学和生物化学方面对田径体能训练的理论基础做阐述。
第一节 田径体能训练的生理学基础
一、田径体能训练的生理本质
一切生物机体都具有“刺激反应适应”的基本特征，生物机体都是在“刺激—反应一适应”反复作用的基础上获得发展的。这同样适用于体能训练，人体机能也在这样的不断往复中获得了一定程度的提升，从而促使体能进一步发展。
1.运动负荷的本质
运动负荷是以身体练习为基本手段对有机体施加的训练刺激。对于这种训练刺激的反应，机体主要表现为生理和心理两个方面。通常所说的运动负荷是生理负荷，即机体在生理方面所承受的训练刺激。这些刺激对与运动相关的各器官系统的机能状态产生不同程度的影响。因此，生理负荷量的大小可以通过某些生理或生化指标来衡量。
运动负荷通常会通过外部形式和内部形式表现出来。其外部表现为量和强度，内部表现为心率、血压等生理机能指标的变化。刺激强度与运动负荷的大小成正比，即运动负荷越大，刺激强度就会越大，所引起的机体反应程度也会相对增大，各项生理指标的变化更为明显；反之亦然。
2.对运动负荷的适应与训练效果
（1）对运动负荷的适应性。机体的基本特征有应激性和适应性两种。田径运动员通过长期系统的体能训练可促使机体各器官系统的形态、结构、生理机能等方面发生一系列的适应性改变。其中，系统力量训练引起的肌肉肥大、肌纤维增粗和肌肉力量增长，耐力训练引起的“运动性心脏增大”等，反映了机体对长期运动负荷刺激的良好适应，也充分说明了运动负荷适应性的重要作用。
（2）训练效果。训练效果是“刺激—反应—适应”的最终结果和充分体现。田径体能训练后的恢复阶段，人体所消耗的能源以及酶等物质不仅得以恢复，而且会发生超量补偿；训练过程中所损伤的肌纤维不仅能够获得修复而且修复后的肌纤维会有所增粗，从而产生更大的收缩力量。因此，恢复阶段有助于机体结构的改善和机能的提高。田径运动员应重视不断重复进行“刺激—反应—适应”的过程，这不仅是身体结构与机能之间的平衡被不断破坏与重建的循环过程，也是机体对训练负荷刺激适应的过程。这一过程的科学性和合理性，可以使运动员获得更好的体能训练效果。
二、影响田径体能训练的生理学因素
1.影响力量素质训练的生理学因素
（1）最大肌肉横断面积。即横切某块肌肉所有肌纤维所的横断面积，它是由机体肌纤维的数量及肌纤维的粗细所决定，通常用平方厘米表示。生理学研究表明，人体每平方厘米横断面积的肌肉在最大用力收缩条件下可以产生3～8千克的肌力。机体肌肉的最大横断面积与该肌肉的力量是正比例的关系，即肌肉的最大横断面积越大，肌肉力量就越大。在田径体能训练中，田径运动员为了增强肌肉力量，通常会进行相应的力量训练。值得注意的是，肌肉横断面积并不能完全解释力量训练中的所有生理学现象。
（2）肌肉初长度。田径运动员的肌力大小与肌肉收缩前的初长度呈正比例关系。造成这一生理现象的原因主要表现在：①肌肉本身具有弹性，在受到快速牵拉时可弹性回缩；②肌肉拉长时，通过牵张反射机制提高了肌肉的对抗力，即用肌纤维回缩的形式对抗肌肉被动拉长。在田径体能训练中，肌肉初长度对田径运动员动作的充分发挥具有重要影响。如跳跃类项目，运动员在做踏跳、推手、落地等动作中，主动肌的预先被动拉长等都会受到肌肉初长度的影响。
（3）肌纤维类型。根据肌肉的收缩特性，可以分为快肌和慢肌两种。其中，快肌产生的收缩力比慢肌大。研究发现，快肌、慢肌的纤维横断面积和收缩力量都可以在力量训练的影响下相应增加，但快肌纤维增加的速度要快于慢肌纤维增加的速度。
（4）神经因素。①中枢驱动，即人体中枢神经系统动员肌纤维参加收缩的能力；②神经中枢对肌肉工作的协调及控制能力；③中枢神经系统的兴奋状态，其会促使机体大量释放肾上腺素、乙酰胆碱等生理活性物质，进而促进肌肉力量增强。
2.影响速度素质训练的生理学因素
（1）影响反应速度的生理学因素
①中枢神经的兴奋状态。机体的反应速度受中枢神经系统兴奋状态的影响，其兴奋度越高，机体的反应速度就会越快。②反射活动的复杂程度。它决定了反应时间的长短，对机体的反应速度起着重要的影响。③刺激强度。机体的反应速度同样受刺激信号强度的影响，信号对机体的刺激越强，机体对信号的反应就越大。④注意力集中度。机体反应速度受个体注意力的影响，注意的集中程度越高，机体的反应速度就越快。⑤遗传因素。调查研究表明，机体的反应速度中遗传因素达75％以上。
（2）影响动作速度和位移速度的生理学因素。①身体形态。它对速度素质的影响主要取决于田径运动员四肢的长度。②能量供应。③肌肉力量。④肌纤维百分比。⑤神经系统的功能。⑥遗传因素。
（3）影响耐力素质训练的生理学因素主要包括有氧耐力和无氧耐力。①有氧耐力主要体现在氧运输系统的功能水平、神经系统的调节能力、骨骼肌的氧利用、能量供应水平以及能量利用效率。②无氧耐力表现为骨骼肌的糖无氧酵解能力，肌肉对酸性物质的缓冲能力，神经系统对酸性物质的耐受能力。
（4）影响柔韧素质训练的生理学因素。①肌肉组织、韧带组织的弹性；②神经过程转换的灵活性；③关节的柔韧性；④性别差异；⑤年龄特征。不同年龄阶段的田径运动员，机体的柔韧性会有很大的区别。
三、田径体能训练效果的生理评定
长期系统的田径体能训练能够形成田径运动员独特的身体形态和机能特征，这是机体对运动负荷刺激的良性适应结果，即训练效果。通过适宜的方法对田径运动训练效果进行分析与评定，可为田径体能训练的科学化提供参考和依据。关于系统训练的生理学适应特征，可以通过以下几个方面进行评定。
1.安静状态下的生理学适应特征
经过长期系统的田径运动训练，在运动负荷刺激的作用和影响下，田径运动员的运动系统、氧运输系统、神经系统等各器官系统所表现的良好适应性最为明显。
（1）运动系统的特征。①骨骼肌。田径体能训练对骨骼肌的影响主要表现为肌肉体积增大、横断面积增大、肌肉力量增加等方面。这是由于体能训练尤其是力量训练，可以促进氨基酸向肌纤维内部的转运，使肌肉组织中收缩蛋白质的合成增加，从而促进肌肉肥大和肌力的增长。另外，运动负荷、训练状态及抗氧化剂的补充等是影响肌组织抗氧化能力的主要运动性适应因素。②骨骼。田径体能训练对骨骼的影响主要表现为骨密度的变化。由于每位田径运动员的情况不同，其训练水平、训练年限及运动项目都会存在一定的差异，这样就会对骨密度造成不同的影响，使其产生不同的变化，并呈现出差异性的特点。研究结果显示，投掷、摔跤等力量性项目的运动员骨密度最高，而耐力性项目运动员的骨密度最低。
（2）运输系统特征。①循环机能。体能训练对田径运动员的心脏形态结构和心血管机能都会产生影响。其中，安静时心率缓慢和心脏功能性增大是主要的表现形式。优秀的耐力项目运动员，其安静时的心率只有40～50次/分钟甚至更低，表现出明显的机能节省化现象。②呼吸机能。通常情况下，经过长期体能训练的田径运动员的呼吸肌力量较强，肺活量大，呼吸深度和肺泡通气量大，气体交换的效率高，呼吸肌耐力较好，连续5次肺活量测定值（每次间隔30秒）逐渐增大或者平稳保持在较高水平。未经过体能训练的田径运动员通常达不到如此良好的状态。此外，人体对呼吸运动的控制能力通常是用闭气时间来衡量的，运动员训练水平越高，闭气时间就越长。③血液。无论田径运动员有无经过体能训练，血液成分通常没有明显差别，仅某些项目运动员的血液指标有所改变。
（3）神经系统的特征。经过系统体能训练的田径运动员，在安静状态下能够显示出良好的机能特征，在从事田径运动时也能够表现出机体机能在动员、生理反应程度以及运动结束后的恢复过程方面明显的优势与特征。
2.田径运动员在运动与恢复期的生理学特征
（1）心肺机能变化较小。没有经过系统训练的田径运动员主要是靠提高心率和呼吸频率来增大每分钟心输出量和肺通气量。经过系统训练的田径运动员完成定量负荷时，心肺机能的变化较小，心率和心输出量较未经系统训练者低，心率增加的幅度较小，而每搏输出量增加较多，呼吸深度大，呼吸频率较慢。
（2）肌肉活动高度协调。肌电图研究显示，在完成相同的定量负荷时，经过系统训练的田径运动员，肌肉活动程度较小，主动肌、对抗肌和协同肌之间高度协调，肌电振幅和积分值较低，且放电节律清晰，动作电位集中并发生在动作时，在相对安静时动作电位几乎完全消失，表明有关中枢活动的高度协调。
（3）田径运动员对极限负荷的反应特征。在完成极限负荷运动时，要求机体充分发掘自身最大潜力，使相关的各器官系统机能达到最高水平。与没有系统训练者相比，优秀田径运动员的生理功能水平高，机能潜力大，表现出非凡的运动能力和对极限负荷的适应能力。