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運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌的能量供應(yīng)過(guò)程

2014-05-16 12:48廣州體育學(xué)院翁錫全
中國(guó)體育教練員 2014年2期
關(guān)鍵詞:糖酵解骨骼肌有氧

● 廣州體育學(xué)院 翁錫全

人體的任何運(yùn)動(dòng)方式都是骨骼肌收縮引起的,而肌肉收縮過(guò)程需要消耗能量,這些能量來(lái)自于肌細(xì)胞內(nèi)能源物質(zhì)的無(wú)氧和有氧代謝過(guò)程,來(lái)自于磷酸原、糖酵解和糖、脂肪有氧代謝等4個(gè)供能系統(tǒng)。能量產(chǎn)生的速率和多少,直接決定骨骼肌的工作能力,運(yùn)動(dòng)時(shí)能量來(lái)源選擇主要與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)(圖1),因此,了解運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌的能量供應(yīng)特點(diǎn),可為不同項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)劃的制訂提供理論依據(jù)。

圖1 人體運(yùn)動(dòng)時(shí)能源物質(zhì)利用順序及其代謝方式

1 運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌的能源物質(zhì)

人體內(nèi)能源物質(zhì)主要包括高能磷酸化合物、糖、脂肪和蛋白質(zhì)四大類(lèi),其中,高能磷酸化合物主要是ATP(三磷酸腺苷)和CP(磷酸肌酸)。ATP水解產(chǎn)生能量是肌肉工作時(shí)的唯一直接能量來(lái)源,其儲(chǔ)量少,約為6 mmol/kg濕??;CP是體內(nèi)快速能量的儲(chǔ)存體,其含量相對(duì)ATP要多,約為20 mmol/kg濕肌。人體的糖有2種形式,一種是儲(chǔ)存形式,包括肌糖原和肝糖原,分別為350~400 g和70~100 g;另一種是運(yùn)輸形式,主要是指血液中的葡萄糖,約為6 g。脂肪是人體內(nèi)含量最多的能源物質(zhì),主要存在于骨骼肌和脂肪組織,總量約有12 500 g。人體內(nèi)蛋白質(zhì)與脂肪和糖不同,無(wú)固定的貯存量與貯存部分,它是細(xì)胞主要組成成分,主要執(zhí)行機(jī)體生理機(jī)能。成人體內(nèi)每天總計(jì)有600 g蛋白質(zhì)被分解及再合成,其中肌肉蛋白質(zhì)占450 g,但一般情況下,運(yùn)動(dòng)中蛋白質(zhì)不參與代謝供能,只有在長(zhǎng)時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)且糖大量消耗的情況下,才動(dòng)用蛋白質(zhì)供能,但也僅占總能耗的20%以?xún)?nèi)。

2 不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下骨骼肌的能量供應(yīng)過(guò)程

骨骼肌收縮時(shí)的直接能源是ATP,但肌肉中ATP的儲(chǔ)量少,在ATP分解的同時(shí),其他能源物質(zhì)必須分解釋放能量再合成ATP,才能作為肌肉工作的能量。由于不同能源物質(zhì)分解代謝方式及途徑不同,其再合成ATP的速率也不同(表1)。因此,人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同,其能量供應(yīng)過(guò)程及比例也不一樣(表2、表3)。

2.1 短時(shí)間極量運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量來(lái)源

表1 運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌的能量來(lái)源

人體在進(jìn)行短時(shí)間極量運(yùn)動(dòng)時(shí)(如力量、速度項(xiàng)目),由于ATP是肌肉工作時(shí)的唯一直接能源物質(zhì),因此,最先供給肌肉收縮的能量來(lái)自肌肉中的ATP的分解。

表2 跑步運(yùn)動(dòng)的能量供應(yīng)

表3 游泳運(yùn)動(dòng)的能量供應(yīng)

人體骨骼肌內(nèi)ATP的儲(chǔ)量少且穩(wěn)定,而CP儲(chǔ)量比ATP多,且含有高能磷酸鍵,其再合成ATP的速率最快,因此,當(dāng)肌肉活動(dòng)時(shí),ATP分解產(chǎn)生ADP,而ADP可以促使體內(nèi)的CP分解為肌酸(C)和磷酸(Pi),同時(shí)釋放能量提供給ADP重新合成ATP。這個(gè)過(guò)程可供運(yùn)動(dòng)時(shí)間約在10 s以?xún)?nèi),是人體進(jìn)行短時(shí)間極量運(yùn)動(dòng)時(shí)的主要能量來(lái)源。以上由ATP、CP分解反應(yīng)組成的供能系統(tǒng),稱(chēng)為ATP—CP供能系統(tǒng),也叫磷酸原供能系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)中主要以磷酸原供能的項(xiàng)目有舉重、投擲、跳躍、短跑及運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大、時(shí)間在10 s內(nèi)完成的項(xiàng)目及動(dòng)作等。

2.2 短時(shí)間高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量來(lái)源

當(dāng)人體進(jìn)行超過(guò)10 s的高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí),骨骼肌內(nèi)的高能磷酸化合物已不能滿(mǎn)足機(jī)體對(duì)能量的需求,這時(shí),由于機(jī)體處于極度缺氧狀態(tài),骨骼肌只能動(dòng)用儲(chǔ)量更豐富的肌糖原進(jìn)行無(wú)氧代謝(糖酵解)以供能。骨骼肌依靠糖在無(wú)氧條件下分解生成乳酸同時(shí)釋放能量合成ATP的過(guò)程,稱(chēng)為糖酵解供能系統(tǒng)。糖酵解供能速率僅次于磷酸原供能系統(tǒng),但由于體內(nèi)糖的儲(chǔ)備量相對(duì)較多,其供能的最大速率為30~90 s,最長(zhǎng)可維持2~3 min。因此,糖酵解是速度耐力項(xiàng)目(如400 m跑、100 m游泳)或中長(zhǎng)跑、游泳、球類(lèi)等項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員完成加速和沖刺時(shí)的主要供能方式。

2.3 長(zhǎng)時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量來(lái)源

人體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中,在糖酵解供能的同時(shí),由于糖有氧氧化時(shí)所需的氧比脂肪少,因此,隨著機(jī)體獲氧量的逐漸增加,骨骼肌內(nèi)ATP再合成的能量逐漸過(guò)渡到以糖的有氧代謝為主。糖的有氧代謝是指在氧的參與下,糖徹底氧化生成二氧化碳和水,同時(shí)釋放能量合成ATP的過(guò)程,這個(gè)供能過(guò)程構(gòu)成的供能代謝系統(tǒng)稱(chēng)為糖有氧代謝供能系統(tǒng)。糖氧化供能的輸出功率比脂肪大一倍,故對(duì)長(zhǎng)時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)而言,體內(nèi)糖的儲(chǔ)量對(duì)運(yùn)動(dòng)能力有較大的影響。運(yùn)動(dòng)中主要以糖酵解代謝供能的項(xiàng)目有3 000 m、5 000 m、10 000 m跑和1 500 m、3 000 m游泳以及公路自行車(chē)等。

2.4 長(zhǎng)時(shí)間中低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量來(lái)源

人體在長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)動(dòng)中,隨著強(qiáng)度的降低,體內(nèi)氧氣供應(yīng)充足,這時(shí)不僅糖進(jìn)行有氧代謝, 脂肪也可進(jìn)行有氧分解提供能量進(jìn)行ATP的再合成。脂肪有氧代謝時(shí)首先分解為脂肪酸和甘油,最后徹底氧化為二氧化碳和水,并主要通過(guò)氧化磷酸化合成ATP。一般來(lái)說(shuō),運(yùn)動(dòng)時(shí)脂肪供能的重要性隨運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增大而降低,隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)而提高,因此,促進(jìn)脂肪供能可以提高運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)時(shí)間最大耐力的運(yùn)動(dòng)能力。運(yùn)動(dòng)時(shí)主要以脂肪有氧代謝供能的項(xiàng)目有馬拉松、鐵人三項(xiàng)、超長(zhǎng)距離滑雪等。

在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)時(shí),蛋白質(zhì)有氧代謝供能的比例也會(huì)增加,蛋白質(zhì)水解為氨基酸后,進(jìn)一步分解為乙酰輔酶A,進(jìn)入三羧酸循環(huán)氧化并釋放能量合成ATP。此外,也可以經(jīng)葡萄糖—丙氨酸循環(huán)進(jìn)行糖異生,以維持血糖穩(wěn)定。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)時(shí),5%~10%甚至更多的能量來(lái)源于氨基酸分解氧化。如在90 min的高強(qiáng)度訓(xùn)練中,蛋白質(zhì)能為肌肉提供高達(dá)20%的能量供應(yīng)。

3 小 結(jié)

運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌的能量主要來(lái)自于ATP、CP、糖、脂肪、蛋白質(zhì)5種能源物質(zhì)的6個(gè)供能過(guò)程組成的四大供能系統(tǒng),但是,不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)中起主導(dǎo)作用的能量系統(tǒng)并不一樣,即不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目供能系統(tǒng)參與比例具有明顯的項(xiàng)目特征。因此,可以通過(guò)控制運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的強(qiáng)度和時(shí)間,制訂出符合項(xiàng)目特點(diǎn)的訓(xùn)練方法和手段,達(dá)到發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)素質(zhì)既定供能系統(tǒng)能力的目的。

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