纳米技术在体育中的应用与思考
作者 :  沈维克 林少娜

  [摘要] 纳米技术推动体育的发展,可以更科学地、更有效地提高运动员的运动能力和运动技术。与此同时,也应考虑其将带来的一些体育道德和伦理道德问题。
  [关键词] 纳米技术 体育 应用 思考
  
  随着科学技术的发展,如何将纳米科技真正应用于体育运动,使运动训练更加科学化,使运动员的运动能力和运动技术水平得到更充分的发挥,运动成绩的提高更加有保证已经成为研究重点。
  
  一、体育与纳米技术
  
  1.利用纳米技术进行运动员的科学选材。由于纳米科技推动了微观生物学的发展进程,运用人类基因组计划和纳米技术,有助于我们对人类基因组中与运动成绩密切相关的基因加以认识和了解。有研究表明,人类基因组中有某些与人类运动能力密切相关的基因,其多态性的差异,有可能是造成人们运动能力和训练效果巨大个体差异的最终原因。该领域的研究,为人们进行有效的基因选材提供了理论基础,也为提高运动成绩提供事半功倍的方法。例如在运动员的选材方面,利用纳米加工技术进行DNA的分离和提取,可以快速有效地决定其基因序列,在分子水平上对其遗传、发育进行研究,实现更高层次的基因选材。
  2.利用纳米科技揭示人体对各项运动能力的适应度和对各项运动能力的遗传度,找到运动训练在人体生长发育过程中的关键阶段(如青春期)的影响及作用机制。通过开发一种可以植入皮下微型生物芯片,模拟健康人体内的葡萄糖检测系统监测机体在运动过程中血糖水平,然后根据人体需要,适时释放糖等物质,维持机体在运动过程中的血糖水平,有效地提高机体的运动能力。
  3.利用纳米技术进行体育运动与健康关系的研究。利用纳米微粒技术,可以灵敏地检测各种组织的特异性蛋白,探讨某些运动性疾病的发病机制,有效地对运动员进行医务监督,维护运动员的健康。通过纳米级敏感器可以监视运动训练导致的细胞内结构的形态与数目的变化,以及这些变化所反映各器官功能结构的功能状态。纳米科技在中国传统医学中的应用,使传统中医药对运动损伤与运动性疾病的预防和治疗具有更好的效果。
  4.利用纳米技术防止运动性疲劳和加快其恢复过程。关于运动性疲劳发生的机制,目前虽然有许多假说,但确切的疲劳机制还有待于进一步研究。由于纳米科技在医学上的突破,将对运动疲劳机制尤其是在中枢神经系统方面及其靶器官和靶细胞的研究将更加深入,人们可以利用纳米生物芯片直接研究机体在运动过程中骨骼肌、心肌、肝脏和神经等组织的代谢过程,探讨中枢和外周运动性疲劳及其恢复的生物学机制,并且可以通过某些手段(如纳米药物)抑制导致运动性疲劳的基因表达或诱导加速恢复的基因表达。
  5.利用纳米技术防止运动损伤与运动性疾病的临床诊断与治疗。纳米医学材料的研制,对于人造器官、人造肌肉、骨骼、关节皮肤等成为永久性的非排斥性。用纳米机械潜入人体的血管和器官,对人体进行检查和治疗,并且可以进入毛细血管以及器官的细胞内,对损伤的细胞进行治疗和处理,甚至可以从细胞基因组中除掉“有害”的DNA,或把正常的DNA安装到细胞基因组中。
  6.利用纳米技术对运动员进行机能评定。在人们全面了解运动引起机体产生适应性变化的基因调节机制后,人们可以通过基因工程技术和纳米技术对运动员的疲劳状态、运动训练的适应性及其免疫功能等进行基因诊断。这种诊断一般是在基因的转录水平上进行评定,可以较早地发现运动员在运动工程中的机能变化,具有较好的应用价值。
  7.利用纳米技术了解控制运动营养水平,使运动员的营养代谢趋于更加合理和平衡。通过纳米级敏感器使运动员的营养代谢处于一个精细、准确、严密的监控中。运动员所需的营养素完全按照运动项目特点和个人的生理特点进行补充和调配,使运动员的营养变得合理化、科学化。
  8.利用纳米技术对体育运动进行精确客观的定量分析。利用纳米技术对运动时人体的骨骼、肌肉、血液组织以及心血管系统、呼吸系统、消化系统等各器官系统对运动训练的适应性进行客观的精确的定量分析,不仅使运动训练更具有科学性,也大大地提高运动员训练的成材率。
  
  二、纳米技术在竞技体育中的作用
  
  1.纳米相材料技术。这是一种通过控制结构纳米颗粒的大小而制造出强度、颜色和可塑性都能满足人们需要的相材料,这种纳米相材料除微观结构与普通材料完全不同外,在宏观上也表现出许多奇妙特征,如纳米相铜强度比普通铜高5倍,纳米陶瓷摔不碎等。这种纳米相材料技术已应用在体育器械、场地和服装的改进方面。就拿撑杆跳运动员使用的撑杆来讲,撑杆跳高最早使用的撑竿是竹竿,1942年美国运动员达姆首次在国际比赛中使用了轻合金撑竿而创下了4.77米世界记录。可以想象应用纳米相技术,将会生产出具有“个性化”(根据撑竿跳项目的特点和竞赛规则的要求及运动员自身的生理和技能特征的)撑竿,使该项目的世界记录再有突破。
  2.纳米复合改进技术。少量纳米材料可以综合改善传统材料的性能。例如美国把AL2O3纳米颗粒加入到橡胶中提高了橡胶的耐磨性和介电特性。
  3.纳米器件技术。利用纳米器件技术生产的分子自组织结构可用于电子记忆、数据接收、存储器和传递等,这种器件运用于体育训练将大大增加训练的效率和成绩。
  
  三、纳米技术应用于竞技体育所引起的思考
  
  综上所述,随着科学技术的发展,纳米技术在体育运动中的应用显得日益重要,同时,也会引起一些体育道德和伦理道德问题。同时我们要思考的是:器材的高科技化是否会削弱运动员在竞技体育中的主体地位,从而变相剥夺运动员的竞赛权利?若运动成绩的提高在较大程度上依赖于器械和服装的高科技化,这是否会带来一些新的不公平?器材作弊是否会成为兴奋剂的另一种表现形式?这些是我们必须考虑的。可以通过修改某些项目的器械的设计规则,加强一些项目的器械、服装的申报和检测程序,国际奥委会和各国际单项体育联合会要针对纳米技术等高科技的新成就加强新的检测手段,来杜绝运用器械作弊;通过对运动员、教练员、裁判员和科技工作者等进行个体道德教育,以保证竞技体育更好地弘扬奥林匹克精神。
  参考文献:
  [1]芸世纪之交的我国运动形态学研究.中国运动医学,2000,19(4):340~341
  [2]王中林:纳米材料和纳米技术.中国科学人, 2001,4 9(4)
  
  注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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