第四讲运动状态下的能量代谢.docx

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第四讲运动状态下的能量代谢

第四讲运动状态下的能量代谢

第二节运动状态下的能量代谢

一、人体急性运动时的能量代谢

1、无氧代谢时的能量供应特点

    无氧练习分类

    以无氧供能占优势的练习，根据练习中无氧供能占的比例，又分为三类：

    1．极量强度的无氧练习  在这类练习中无氧供能占总能需量的90—100％，其中主要是磷酸原系统供能，能量输出功率可达480kJ/min，  最长运动时间仅几秒钟呼吸和循环系统功能达不到极限水平，包括100m跑、短距离赛场自行车赛，50m游泳和50m潜泳等。

    2、近极量强度的无氧（混合的无氧强度）练习  在这类练习中无氧供能占总能需量的75—85％，其中一部分靠磷酸原系统，大部分靠乳酸能系统供应，能量输出功率为200—400kJ．/min。

最长运动时间为20—30s。

另外，完成这类练习时，氧运输系统活动明显加强，练习到达终点时，心率可达最高值的80一90%，肺通气量可达最高值的50—60％，吸氧量可达V02max，：

70—80％，乳酸浓度可升高到15mmol/L。

属于这类练习的项目有200—400m跑，lOOm游泳和500m速滑等。

    3、亚极量强度的无氧（无氧有氧强度）练习  在这类练习中，无氧供能占总能需量的60一70％，主要靠乳酸能系统供能，能量输出功率为160kJ/min，最长运动时间为1—2min。

运动后血乳酸高达20—25mm0l/L。

该练习到达终点时，氧运输系统功能可以接近或达到最大值。

属于这类练习的项目有800m跑，200m游泳，1000m和1500m速滑和lkm赛场自行车赛。

肌肉细胞首先在大约3秒钟内耗尽细胞周围浮游的ATP。

然后磷酸肌酸系统参与进来，供能8-10秒钟。

这是百米短跑选手或举重者所用的主要能量系统，这两种运动者需要迅速加速，运动所持续的时间很短。

如果运动持续更长时间，糖原-乳酸系统就参与进来。

短距离运动比如200米或400米以及100米游泳就是如此。

2、肌细胞中肌酸和CP的工作特点：

磷酸肌酸在运动中的应用

磷酸肌酸在运动中首先是作为能量供应的重要环节 ,其一是因为其分子中有一高能磷酸键也就是磷酸肌酸可作为高能磷酸基团的储存库 ,在必要时此高能磷酸基团可以转移。

当磷酸肌酸在肌酸激酶（CK）的催化下与ATP分解的产物ADP发生反应时 ,高能磷酸键就会转移给ADP ,生成ATP。

以此来保证 ATP 这一肌肉唯一直接能量来源的数量。

   其二 ,磷酸肌酸在能量供应中还有另一个重要作用:

组成肌酸 — 磷酸肌酸能量穿梭系统 ,将能量从线粒体内的产能部位转运到细胞质这个利用能量的部位 ,从而有效保证ATP分解后再合成的速率。

3、急性运动刚开始的能量主要来源于ATP、CP的分解。

    ATP在ATP酶催化下迅速水解为ADP和Pi，同时释放能量。

ADP继之与CP作为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储存的ATP，且骨骼肌用于再合成ATP的CP分解速率极快，所以磷酸原供能系统较其他两种能量供应系统能够提供更大的功率输出。

但是，安静状态下骨骼肌ATP含量仅约25 mmol／kg干肌，而生理条件下进行运动时骨骼肌ATP浓度并不出现较大的变化幅度。

即使是极大强度运动下，运动骨骼肌ATP含量也仅降低30％—40％；尽管骨骼肌CP含量约70—80 mmol／kg干肌，但大强度运动开始后瞬时运动骨骼肌CP分解速率即达峰值，并约在1．3 s后出现下降，造成骨骼肌CP的迅速耗竭。

故磷酸原供能系统下ATP的再合成底物来源有限，能量供应总不需要氧的参与，也不产生乳酸，所以又称无氧代谢的非乳酸成分。

    如果运动维持足够的强度并继续持续下去，呼吸和循环系统的动员一旦不能满足运动骨骼肌对氧的需求，那么糖酵解供能系统将逐渐占据能量供应的主导地位。

此时ATP的分解产物ADP接受糖原或葡萄糖不完全分解产生的高能磷酸键再合成ATP（底物水平磷酸化），同时产生大量乳酸。

这一供能过程的功率输出，尽管较磷酸原供能系统为低，但是再合成ATP的总量较后者高，因而维持运动的时间延长。

源白糖酵解供能系统的再合成ATP速率约在运动后5 s达到峰值，并维持数秒钟。

但是大强度运动中糖酵解供能过程的速率可提高到安静状态的100倍，运动骨骼肌细胞的乳酸水平迅速持续增高，造成细胞ph显著下降，抑制ATP进一步再合成所需要的糖酵解酶活性。

因而糖酵解供能系统能够提供的能量总量也相对较低，机体将很快出现疲劳，不能维持长时间运动能量的需要。

糖酵解供能过程不需氧的参与，同时产生乳酸，又称无氧代谢的乳酸成分。

4、人工补充肌酸或CP

    在短时高强度运动中 ,能量消耗的要求很高 ,ATP迅速被消耗 ,产生大量的ADP ,ADP可按下列方程式去磷酸化:

2ADP →ATP + AMP。

    AMP 在 5′ - 核苷酸的作用下降解为腺嘌呤,而腺嘌呤脱氨基的过程是一个不可逆转的过程 ,将会使细胞内能量底物流失 ,这就意味着降低了运动员的运动能力或延长了运动员的训练后恢复时间。

而使用外源性磷酸肌酸 ,可以有效抑制5′ - 核苷酸酶的活性,使腺嘌呤以AMP的形式存在 ,故 ADP、 ATP还可依次再形成 ,能量得到再次补充 ,从而保证了运动员的运动能力 ,缩短了运动员的恢复时间。

大多数研究认为, 补充肌酸主要是增强短时间、 高强度、反复运动时的运动能力。

美国大学生运动医学会申明, 肌酸增加磷酸肌酸池以迅速合成A TP。

肌酸以冲击量20～ 25 göd, 服5～ 7 d, 再以维持量3～ 5 gö d 继续使用将提高人体维持短距离的自行车、 短跑、 游泳、 跳高和摔跤的输出功。

近期也有研究指出, 在长跑运动中, 肌酸也可以使运动员在高于其惯用的强度下训练而不疲劳[16 ]

2、有氧代谢时的能量代谢特征

1）有氧代谢运动分类

   1．极量强度的有氧练习  在这类练习中吸氧量为本人VO2max的95—100%。

能量供应有氧成分约占60—70%，其余为乳酸能成分。

两种供能成分的能源主要是肌糖元。

练习开始后2—7rain氧运输系统各项指标均达到最大值，血乳酸可达15—25mmol/L。

属于这类练习的项目有1500m和3000m跑，3000m一5000m速滑，400m；和800m游泳、4kin赛场自行车赛和赛艇等。

2、近极量强度的有氧练习  在这类练习中吸氧量为本人VO2max的85—95-96%，有氧供能占总能需量的90-96%，其中以肌糖元有氧氧化为主，血乳酸达lOmm01．L“练习时间可达30rain。

属于这类练习的项目有5000m和10000m跑、1500m游泳、15km滑雪和

  10000m速滑等。

3、亚极量强度的有氧练习  在这类练习中吸氧量为本人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质。

血乳酸浓度不超过4mm01．L叫练习持续时间可达两小时。

属于这类练习的项目有30km和30km以上（包括马拉松跑）的跑，20—50kin滑雪和20km竞走等。

4、中等强度的有氧练习  在这类练习中吸氧量为本人VO2max的55—65％，几乎全部为有氧氧化供能。

工作肌和血液中的脂肪是主要能源物质，练习的最长时间可达几小时。

50km竞走和50km以上距离的滑雪属于这类练习。

5、小强度有氧练习  在这类练习中，吸氧量为本人VO2max的50%或小于50%全部为有氧氧化供能，主要能源为脂肪，最长练习时间可达数小时。

日常生活（走步）、群体活动和医疗体育等均属这类练习。

   所有有氧练习的生理机制取决于氧运输系统功能、肌糖元和肝糖元的贮备量以及肌肉长时间动用脂肪的能力。

在极量、近极量和亚极量强度的有氧练习中，糖酵解能力也起一定作用。

2）有氧运动的代谢供能特点：

如果运动持续时间特别长，有氧呼吸就会取代上述系统进行供能。

在 800米、马拉松、划船、越野滑雪和长距离轮滑等耐力运动中，会发生有氧呼吸。

有氧代谢时，仅从糖代谢的角度看，ATP产量是无氧代谢时的20-30倍。

（三）急性运动中能量代谢的整合（关联）

一般来讲，依运动模式、运动持续时间和强度不同，3种供能系统都参与能量供应，只不过各自在总体能量供应中所占的比例不同。

图1—12分别为铁人三项和场地自行车运动员在90 s自行车全力冲刺运动中3种能量代谢系统的动力学变化。

运动员在5—10 s达到最大功率输出，随后运动阻力逐渐降低，直至运动结束。

两名运动员的ATP—CP系统在运动1—2 s达到峰值，随即在10 s内降低75％—85％，并继续参与供能至运动20 s。

糖酵解供能系统的ATP合成速率在5 s时达到峰值并维持数秒钟。

而有氧代谢则在运动30 s时即可占据能量供应的主导地位。

二、不同项目的能量代谢特点

三、与运动有关的能量代谢检测与评价

1、ATP--CP供能：

 Margaria 磷酸原系统工作能力的测定

2、乳酸能供能：

Wingate实验

wingate无氧试验是1970年以色列wingate体育学院运动医学研究室提出的。

自从1974年Ayalon等介绍本法后，这一试验法在国内外获得了越来越广泛的应用，目前已作为测定无氧功和无氧能力的标准方法。

　　评定无氧功率主要侧重3个指标：

1、最大功量（Peak Power），又称功率峰值，反映了肢体肌肉在短时间内产生高机械功率的能力，即评价通常所说的爆发力。

2、平均功量（Mean Power），反映肌肉维持高功率运动的耐力，即评价通常所说的速度耐力。

3、疲劳百分数（疲劳％），通过运动功率的递减率来评价疲劳产生的速率。

对糖酵解供能系统输出功率要求高的应以提高平均功量和降低疲劳百分比为主要目的。

　　该试验要求受试者在经过2～4 min 的准备活动后，休息3～5 min，正式试验开始时，受试者全力以赴地完成规定负荷30 s 踏车运动，以负荷过程中的功率输出作为无氧能力的评价指标，用这种方法可以测出受试者的最大无氧功率、30 s 平均无氧功率和无氧功率的递减率。

3、有氧供能：

最大吸氧量的测试与换算