第四講運動狀態(tài)下的能量代謝

第四講運動狀態(tài)下的能量代謝第二節(jié)運動狀態(tài)下的能量代謝一、人體急性運動時的能量代謝1、無氧代謝時的能量供應特點無氧練習分類以無氧供能占優(yōu)勢的練習，根據練習中無氧供能占的比例，又分為三類：極量強度的無氧練習在這類練習中無氧供能占總能需量的90—100%，其中主要是磷酸原系統(tǒng)供能，能量輸出功率可達480kJ/min,最長運動時間僅幾秒鐘呼吸和循環(huán)系統(tǒng)功能達不到極限水平，包括100m跑、短距離賽場自行車賽，50m游泳和50m潛泳等。2、近極量強度的無氧（混合的無氧強度）練習在這類練習中無氧供能占總能需量的75—85%,其中一部分靠磷酸原系統(tǒng)，大部分靠乳酸能系統(tǒng)供應，能量輸出功率為200—400kJ./min。最長運動時間為20—30s。另外，完成這類練習時，氧運輸系統(tǒng)活動明顯加強，練習到達終點時，心率可達最高值的80一90%，肺通氣量可達最高值的50—60%，吸氧量可達V02max，:70—80%，乳酸濃度可升高到15mmol/L。屬于這類練習的項目有200—400m跑，lOOm游泳和500m速滑等。3、亞極量強度的無氧（無氧有氧強度）練習在這類練習中，無氧供能占總能需量的60一70%，主要靠乳酸能系統(tǒng)供能，能量輸出功率為160kJ/min，最長運動時間為1—2min。運動后血乳酸高達20—25mm0l/L。該練習到達終點時，氧運輸系統(tǒng)功能可以接近或達到最大值。屬于這類練習的項目有800m跑，200m游泳，1000m和1500m速滑和lkm賽場自行車賽。磷釀原系統(tǒng)姮跑運動員8-10秒(100IH)姮跑運動員8-10秒(100IH)糖原乳酸系統(tǒng)1.3-1.6分鐘(?Om)游泳運動員有氧呼吸馬拉松運動員不眼時(15Km)"OOMmS頑晌店肌肉細胞首先在大約3秒鐘內耗盡細胞周圍浮游的ATP。然后磷酸肌酸系統(tǒng)參與進來，供能8-10秒鐘。這是百米短跑選手或舉重者所用的主要能量系統(tǒng)，這兩種運動者需要迅速加速，運動所持續(xù)的時間很短。如果運動持續(xù)更長時間，糖原-乳酸系統(tǒng)就參與進來。短距離運動比如200米或400米以及100米游泳就是如此。2、肌細胞中肌酸和CP的工作特點：磷酸肌酸在運動中的應用磷酸肌酸在運動中首先是作為能量供應的重要環(huán)節(jié)，其一是因為其分子中有一高能磷酸鍵也就是磷酸肌酸可作為高能磷酸基團的儲存庫，在必要時此高能磷酸基團可以轉移。當磷酸肌酸在肌酸激酶(CK)的催化下與ATP分解的產物ADP發(fā)生反應時，高能磷酸鍵就會轉移給ADP,生成ATP。以此來保證ATP這一肌肉唯一直接能量來源的數量。

其二,磷酸肌酸在能量供應中還有另一個重要作用:組成肌酸一磷酸肌酸能量穿梭系統(tǒng)，將能量從線粒體內的產能部位轉運到細胞質這個利用能量的部位，從而有效保證ATP分解后再合成的速率。胞液線粒體內膜眥融——一*肌酸-AIP*ADPTOC\o"1-5"\h\z*!;-AIP*ADPATP.'Y|\o"CurrentDocument"ADPyj.磷馥sa酸-」一磷酸脫酸3、急性運動剛開始的能量主要來源于ATP、CP的分解。ATP在ATP酶催化下迅速水解為ADP和Pi，同時釋放能量。ADP繼之與CP作為共同底物在肌酸肌酶催化下迅速再合成ATP。由于是直接利用骨骼肌儲存的ATP，且骨骼肌用于再合成ATP的CP分解速率極快，所以磷酸原供能系統(tǒng)較其他兩種能量供應系統(tǒng)能夠提供更大的功率輸出。但是，安靜狀態(tài)下骨骼肌ATP含量僅約25mmol/kg干肌，而生理條件下進行運動時骨骼肌ATP濃度并不出現較大的變化幅度。即使是極大強度運動下，運動骨骼肌ATP含量也僅降低30%—40%；盡管骨骼肌CP含量約70-80mmol/kg干肌，但大強度運動開始后瞬時運動骨骼肌CP分解速率即達峰值，并約在1.3s后出現下降，造成骨骼肌CP的迅速耗竭。故磷酸原供能系統(tǒng)下ATP的再合成底物來源有限，能量供應總不需要氧的參與，也不產生乳酸，所以又稱無氧代謝的非乳酸成分。如果運動維持足夠的強度并繼續(xù)持續(xù)下去，呼吸和循環(huán)系統(tǒng)的動員一旦不能滿足運動骨骼肌對氧的需求，那么糖酵解供能系統(tǒng)將逐漸占據能量供應的主導地位。此時ATP的分解產物ADP接受糖原或葡萄糖不完全分解產生的高能磷酸鍵再合成ATP（底物水平磷酸化），同時產生大量乳酸。這一供能過程的功率輸出，盡管較磷酸原供能系統(tǒng)為低，但是再合成ATP的總量較后者高，因而維持運動的時間延長。源白糖酵解供能系統(tǒng)的再合成ATP速率約在運動后5s達到峰值，并維持數秒鐘。但是大強度運動中糖酵解供能過程的速率可提高到安靜狀態(tài)的100倍，運動骨骼肌細胞的乳酸水平迅速持續(xù)增高，造成細胞ph顯著下降，抑制ATP進一步再合成所需要

的糖酵解酶活性。因而糖酵解供能系統(tǒng)能夠提供的能量總量也相對較低，機體將很快出現疲勞，不能維持長時間運動能量的需要。糖酵解供能過程不需氧的參與，同時產生乳酸，又稱無氧代謝的乳酸成分。4、人工補充肌酸或CP在短時高強度運動中，能量消耗的要求很高,ATP迅速被消耗，產生大量的ADP,ADP可按下列方程式去磷酸化:2ADP—ATP+AMP。AMP在5,-核昔酸的作用下降解為腺嘌吟,而腺嘌吟脫氨基的過程是一個不可逆轉的過程，將會使細胞內能量底物流失，這就意味著降低了運動員的運動能力或延長了運動員的訓練后恢復時間。而使用外源性磷酸肌酸，可以有效抑制5,-核昔酸酶的活性，使腺嘌吟以AMP的形式存在，故ADP、ATP還可依次再形成，能量得到再次補充，從而保證了運動員的運動能力，縮短了運動員的恢復時間。大多數研究認為,補充肌酸主要是增強短時間、高強度、反復運動時的運動能力。美國大學生運動醫(yī)學會申明,肌酸增加磷酸肌酸池以迅速合成ATP。肌酸以沖擊量20?25god,服5?7d,再以維持量3?5god繼續(xù)使用將提高人體維持短距離的自行車、短跑、游泳、跳高和摔跤的輸出功。近期也有研究指出，在長跑運動中,肌酸也可以使運動員在高于其慣用的強度下訓練而不疲勞[16]2、有氧代謝時的能量代謝特征1）有氧代謝運動分類1.極量強度的有氧練習在這類練習中吸氧量為本人VO2max的95—100%。能量供應有氧成分約占60—70%，其余為乳酸能成分。兩種供能成分的能源主要是肌糖元。練習開始后2—7rain氧運輸系統(tǒng)各項指標均達到最大值，血乳酸可達15—25mmol/L。屬于這類練習的項目有1500m和3000m跑，3000m一5000m速滑，400m；和800m游泳、4kin賽場自行車賽和賽艇等。2、近極量強度的有氧練習在這類練習中吸氧量為本人VO2max的85—95-96%，有氧供能占總能需量的90-96%，其中以肌糖元有氧氧化為主，血乳酸達lOmm01.L“練習時間可達30rain。屬于這類練習的項目有5000m和10000m跑、1500m游泳、15km滑雪和10000m速滑等。3、亞極量強度的有氧練習在這類練習中吸氧量為本人VO2max.的70—80%，全部能量的90%以上是有氧氧化供能，肌糖元，血糖和工作肌的脂肪是主要能源物質。血乳酸濃度不超過4mm01.L叫練習持續(xù)時間可達兩小時。屬于這類練習的項目有30km和30km以上（包括馬拉松跑）的跑，20—50kin滑雪和20km競走等。4、中等強度的有氧練習在這類練習中吸氧量為本人VO2max的55—65%，幾乎全部為有氧氧化供能。工作肌和血液中的脂肪是主要能源物質，練習的最長時間可達幾小時。50km競走和50km以上距離的滑雪屬于這類練習。5、小強度有氧練習在這類練習中，吸氧量為本人VO2max的50%或小于50%全部為有氧氧化供能，主要能源為脂肪，最長練習時間可達數小時。日常生活（走步）、群體活動和醫(yī)療體育等均屬這類練習。所有有氧練習的生理機制取決于氧運輸系統(tǒng)功能、肌糖元和肝糖元的貯備量以及肌肉長時間動用脂肪的能力。在極量、近極量和亞極量強度的有氧練習中，糖酵解能力也起一定作用。2）有氧運動的代謝供能特點:如果運動持續(xù)時間特別長，有氧呼吸就會取代上述系統(tǒng)進行供能。在800米、馬拉松、劃船、越野滑雪和長距離輪滑等耐力運動中，會發(fā)生有氧呼吸。

圖II。大強度運動下的攝氧動力學曲線有氧代謝時，僅從糖代謝的角度看，ATP產量是無氧代謝時的20-30倍。（三）急性運動中能量代謝的整合（關聯(lián)）*1-4不同持續(xù)時間■大運動時有氧和無就供能系統(tǒng)對能■供,大強度運動的持續(xù)時間(')無氧(%)有氧0-109410-1588]0-208210-307320~456330~605540~754950-904450-1203760-180.2770-240217單位（%）100T圖1-11不同時間最大運動過程中各能量供應系統(tǒng)的代謝動力一般來講，依運動模式、運動持續(xù)時間和強度不同，3種供能系統(tǒng)都參與能量供應，只不過各自在總體能量供應中所占的比例不同。圖1-12分別為鐵人三項和場地自行車運動員在90s自行車全力沖刺運動中3種能量代謝系統(tǒng)的動力學變化。運動員在5-10s達到最大功率輸出，隨后運動阻力逐漸降低，直至運動結束。兩名運動員的ATP—CP系統(tǒng)在運動1—2s達到峰值，隨即在10s內降低75%—85%，并繼續(xù)參與供能至運動20s。糖酵解供能系統(tǒng)的ATP合成速率在5s時達到峰值并維持數秒鐘。而有氧代謝則在運動30s時即可占據能量供應的主導地位。時間］&)

能最代謝對慢性運動的適應二、不同項目的能量代謝特點三、與運動有關的能量代謝檢測與評價1、ATP--CP供能：Margaria磷酸原系統(tǒng)工作能力的測定2、乳酸能供能：Wingate實驗wingate無氧試驗是1970年以色列wingate體育學院運動醫(yī)學研究室提出的。自從1974年Ayalon等介紹本法后，這一試驗法在國內外獲得了越來越廣泛的應用，目前已作為測定無氧功和無氧能力的標準方法。評定無氧功率主要側重3個指標：1、最大功量(PeakPower)，又稱功率峰值，反映了肢體肌肉在短時間內產生高機械功率的能力，即評價通常所說的爆發(fā)力。2、平均功量(MeanPower)，反映肌肉維持高功率運動的耐力，即評價通常所說的速