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人体在运动时,能量消耗明显增加,增加的情况决定于运动强度和持续的时间。人体活动的直接能源来源于三磷酸腺苷(ATP)(后面详细讲解什么是ATP)的分解,如神经传导兴奋时的离子转运;腺体的分泌活动;消化道的消化吸收;肾小管的重吸收;肌肉收缩等。而最终的能量来源于糖、脂肪和蛋白质的氧化分解,氧化分解释放的能量供ATP的重新合成。
在各种运动中所需的ATP分别由三种不同的能源系统供给1)高能磷酸化物系统(ATP—CP)(2)乳酸系统(无氧酵解系统)(3)有氧系统 。
从事不同的运动项目时,ATP重新合成的能量来源途径不尽相同。例如,在从事时间短、强度大动如100米跑时,ATP的再合成主要由磷酸肌酸(CP) 的分解来提供;从事时间长、强度小的马拉松跑时,能量几乎全部由有氧代谢系统供给;介于上述二者之间的运动项目,如400米,800米,1500米跑时,则需无氧代谢与有氧代谢混合供给能量,这两种供能方式都很重要。根据肌体的供氧情况,糖的氧化分解有两种方式:(1)当氧供应充足时,来自糖(或脂肪)的有氧氧化。(2)当氧供应不足时,即来自糖的酵解,生成乳酸。乳酸在最后供氧充足时,一部分继续氧化,释放的能量使其余部分再合成肝糖原。所以肌肉收缩的最终能量来自物质(糖、脂肪)的有氧氧化。运动时,人体以何种方式供能,取决于需氧量和摄氧量的相互关系,当摄氧量能满足需要时,肌体即以有氧代谢供能,当摄氧量不能满足需氧量时,其不足部分即依靠无氧氧化供能,这样将造成体内的氧亏负,称为氧债。运动时的需氧量取决于运动强度,强度越大,需氧量越大,无氧代谢供能的比例也越大。
1有氧氧化供能
有氧氧化指糖(脂肪、蛋白质)在氧的参与下分解为二氧化碳和水,同时释放大量能量,供ADP合成ATP。由于人体的有氧氧化能力与最大摄氧量有关,故限制最大摄氧量的因素也就是影响有氧氧化的因素,如心输出量,肺通气功能,气体交换率,血液的载氧能力等,其中心输出量最为重要。
人体内糖原的储备量也与有氧工作能力有关。剧烈运动时,随着肌糖原的消耗,肝糖原分解为葡萄糖入血,并进入肌肉供其利用。现已证明,在剧烈运动开始后10~15分钟,肝糖原分解为葡萄糖便增加。如肝糖原储备不足,血糖便可能降低而出现“低血糖”,低血糖首先将引起神经系统的机能发生障碍。
2无氧氧化供能
无氧供能包括在无氧或氧供应不足的情下由ATP 与CP分解供能(称非乳酸能)和糖原无氧分解供能(称乳酸能)
2、1非乳酸能供能
在肌肉运动刚开始时,所有的能量都由ATP和CP分解供给,这时糖的有氧氧化尚未参加,因为ATP和CP分解放能时不需要氧气,也不产生乳酸,故称非乳酸能。随工作强度的不同,这一时期一般可持续几秒钟,例如,在30~60米疾跑时,体内的能量供应就靠ATP和CP保证;60~400米以内的短跑,在开始阶段也是靠ATP和CP的分解供能的。
2.2糖酵解供能
糖酵解供能(乳酸能)是指由肌糖原分解为乳酸时释放的能量,此能量由ADP 接受再合成ATP,这是在人体供氧不足时产生的。在进行剧烈运动时,需氧量大大超过摄氧量,肌肉进行无氧代谢过程中葡萄糖分解生成的乳酸,暂时积存在体内,留待供氧充足时再继续氧化,因而欠下了氧债,称为乳酸氧债。例如,在400米跑的不到1分钟的跑程内,约需20升左右的氧,人体不可能在这么短的时间内摄取到这么多的氧,出色的400米跑运动员的最大摄氧量也不过每分钟5~6升左右,更何况在不到1分钟的跑程中,由于生理惰性是无法达到最大摄氧量水平的,因而在400米跑中,所需的能量有88%是靠无氧氧化供给的。
有氧氧化和无氧氧化是人体在不同水平上,根据需氧的不同情况而进行的紧密联系,不可分割的两种供能方式,只不过两者的比例有所不同而已。
再来解释一下人体的能量供应系统:
三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,简称ATP)是肌肉活动唯一的直接能源。ATP贮存在细胞中,其中以肌细胞(肌纤维)为最多。ATP由一个称为腺苷的大分子和三个较简单的磷酸根组成,后两个磷酸根上有“高能键”,键上贮有大量化学能,故ATP这类化合物又称为高能磷化物。结构简式表示为A-P~P~P 其中A表示腺苷,T表示三个 ,P表示磷酸,“~”表示高能磷酸键,其断裂时释放出较多的能量,比普通的化学键断裂放出的能量多2--3倍,所以叫高能化学键。高能化学键很易断裂,断裂后,ATP转化为ADP,使细胞做功或完成其生理功能。
ATP=ADP+Pi+能量
肌肉活动时,贮存在肌纤维中的ATP在ATP酶的催化下迅速分解为二磷酸腺苷(ADP)和无机磷(PI),释放出能量,牵动肌丝滑动,使肌纤维缩短,完成做功。但肌肉中ATP的储量十分有限,但由于ATP在消耗的同时,又不断再合成,其水解过程几乎总是和再合成过程紧密结合在一起的,实际上就是边分解边合成,这样才能不断满足肌肉活动的需要,使活动得以持久。简单的说,ATP是能量的直接供应形式,或者说他是整个化学反应的最后一个环节。人体内的能源物质,糖、脂肪、蛋白质都参与在整个化学反应中,但是都不可以直接供能,也就是说你有原油还不行,你还得把它加工成汽油,它才是发动机运转需要的能源物质。一般我们说再合成运动所需要的能量,也就是把原油转化成汽油,主要有三大供能系统,也可以说是三个来源:一是ATP-CP供能系统(磷酸肌酸分解供能);二是乳酸供能系统(糖原酵解生能);三是有氧供能系统(糖、脂肪、部分蛋白质氧化供能)。
下面来解释一下三个系统。
第一、ATP-CP供能系统(磷酸肌酸分解供能)
磷酸肌酸的分解。磷酸肌酸(简称CP)是贮存在肌纤维中与ATP紧密相关的另一种高能磷化物,分解时能放出大量能量。当肌肉收缩且强度很大时,随着ATP的迅速分解,CP也迅速分解释放能量,以使ADP和PI合成ATP。肌肉在安静状态下,高能磷化物以CP的形式积累,故肌细胞中CP的含量约为ATP的3-5倍。尽管如此,其含量也是有限的,CP全部分解时只能维持数秒钟的剧烈运动,必须有其它供应ATP再合成的能量才能使肌肉活动持续下去。CP供能使ATP再合成的重要意义,不在其含量,而在其快速可动用性。由于CP既能迅速分解释放能量,又不需氧、不产生乳酸,故它与ATP一起在供能系统中称为磷酸原系统(ATP-CP系统)。
第二、乳酸供能系统(糖原酵解生能)
糖酵解是以肌糖原为原料,在把葡萄糖分解成乳酸的过程中生成ATP。所产生的乳酸在氧供应充足时,一部分在线粒体中被氧化生能,一部分合成为肝和糖原等。乳酸是一种强酸,在体内积聚过多会破坏内环境的酸碱平衡,使肌肉工作能力下降,造成肌肉暂时性疲劳。因此,依靠糖原无氧酵解供能也只能使肌肉工作持续几十秒钟。无氧酵解供能时,不需要氧,但产生乳酸,故称乳酸能系统。乳酸能系统的重要意义是在缺氧情况下仍能产生能量,以供体内急需。通俗的讲,乳酸生成方式是“应急之需”,它可以在氧气不充足的情况下满足ATP快速的再合成。
第三、有氧供能系统(糖、脂肪、部分蛋白质氧化供能)。
虽然磷酸原系统和乳酸能系统在运动过程中都能快速提供一定的、甚至大部分的能量,而且不需要氧,但是以前面所说的两种系统供能方式合成的ATP数量非常有限,并且ATP和CP的最终合成以及糖酵解产物乳酸的消除却要通过有氧氧化来实现。所以,肌肉活动所需能量的最终来源是糖和脂肪(也许还有蛋白质)的有氧氧化,而糖和脂肪又来自食物。
糖和脂肪的有氧氧化。当运动中氧的供应能满足氧的需要时,运动所需的ATP即主要由糖、脂肪的有氧氧化来供能。有氧氧化能提供大量的能量,从而能维持肌肉较长的工作时间。例如,由糖原产生的葡萄糖有氧氧化所产生的ATP为无氧糖酵解的13倍。这种有氧氧化供能称为有氧氧化系统。这里要注意,三种系统最终的目的都是产生ATP供应能量。 |
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