體育教案－人體運動時的能量供應

人體運動時的能量供應

 

（吉林體育學院  長春  130022）

 

 

摘  要 本文對人體運動時的供能物質(zhì).供能系統(tǒng)及其特點進行了分析。為體育教師.教練員和運動員的科學訓練提供了依據(jù)。

 

關鍵詞 運動 能量 供應

 

前  言 人體生命活動的運行需要消耗能量。在人們參加劇烈體育運動時，肌肉長時間地收縮和舒張，臟器的活動增強，以及神經(jīng)系統(tǒng)能量消耗增加，將使運動時總的能量消耗比靜息時增加幾倍到幾十倍，甚至百倍以上。從另一方面講，長期科學訓練將使人體運動時的能量供應與消耗得到改善，從而為提高人體運動能力奠定物質(zhì)基礎。因此，了解與研究人體運動時的能量供應是體育教師.教練員以及運動員必備的知識。

 

一 肌肉活動的能量及其能量的釋放

人體運動需要大量能量。這些能量的來源是自食物中的六大營養(yǎng)素中的三大營養(yǎng)物質(zhì)，即糖、脂肪和蛋白質(zhì)。

（一）   糖及其分子中能量的釋放與轉(zhuǎn)移

糖是肌肉活動最主要的燃料。人體糖的存在形式有兩種：第一種是以葡萄糖的形式存在于血液中；第二種是存在于肝臟和肌肉中的糖原（肝糖原和肌糖原）。人體運動所需的能量主要是由糖（或脂肪）的氧化分解過程釋放出來的。糖的氧化分解主要有兩個途徑：（1）在無氧條件下進行的糖酵解；（2）在有氧條件下進行的有氧氧化。在一般條件下，糖主要以有氧氧化的途徑分解供能。

 

糖的代謝方式

有氧氧化

無氧糖酵解

有無O2參與反應

有

無

進  行  部  位

線  粒  體

細  胞  液

最  終  產(chǎn)  物

CO2    H2O

乳   酸

ATP  生  成  量

多

少

 

 

 

 

        

              表1：有氧氧化同無氧糖酵解的對比

 (二)  脂肪及其燃燒（氧化）

脂肪是肌肉活動的另一主要原料。機體內(nèi)儲備的脂肪量是勢能的最大來源。與其他營養(yǎng)物質(zhì)比較，可作為能量的脂肪數(shù)幾乎是無限的。來自儲藏脂肪的實際燃料貯存量大約相當于90000～110000千卡左右。成年人體內(nèi)貯存脂肪量的差別很大，且缺乏精確的正常值。一般成年男子的貯存脂肪量約占體重的15～20%，女子稍高。

脂肪氧化時,.體內(nèi)首先由脂肪酶催化水解為甘油和脂肪酸。甘油隨著血液循環(huán)至肝臟和其他組織進行再分解。而釋出的脂肪酸進一步氧化釋放能量，共全身各組織攝取利用。脂肪酸徹底氧化所釋放的能量比糖多得多，且利用率也比糖高。

當脂肪酸大量分解時，會產(chǎn)生三種中間物質(zhì)：乙酰乙酸、B- 羥丁酸和丙酮。我們將這三種中間產(chǎn)物合稱為酮體。短時間劇烈運動后，血液中的酮體上升。這是由于運動時的糖供能不足，脂肪酸利用量增加而又氧化不足的緣故。運動員在運動后血液中酮體上升較無訓練者少，這說明運動員能較多的利用脂肪酸供能，而且氧化比較完善。但運動結(jié)速后的恢復期中，無訓練者在肝臟和肌肉中的酮體反而比有訓練者高，這說明

運動能改善脂肪的代謝和調(diào)節(jié)

（三）蛋白質(zhì)及其代謝

     蛋白質(zhì)是體現(xiàn)生命活動的物質(zhì)之一（另一物質(zhì)是核酸）。其作為能源是非常有限的，僅當熱量供應不足時才適當?shù)貏佑靡宰鳛橐环N不得已的補充。當人體運動時有15%～20%的蛋白質(zhì)可提供能量，共產(chǎn)生能量大約30000—40000千卡。

     運動訓練可以影響機體的氮平衡。有人曾做這樣的實驗，受試者在參加訓練前日機體處于正氮平衡狀態(tài)，參加訓練第一天就處于負氮平衡，第3～4天負氮平衡達到最高峰，以后逐漸減少，直至參加第11～12天的訓練又接近于平衡。實驗結(jié)果表明：機體對運動負荷不適應，體內(nèi)蛋白質(zhì)分解代謝加劇，蛋白質(zhì)的需要量也增加，一直到對運動訓練逐漸產(chǎn)生適應。耐力訓練后肌肉氧化氨基酸酶類的活性升高，這是蛋白質(zhì)代謝的酶類對訓練所產(chǎn)生的適應性變化。

 

二 運動時的供能系統(tǒng)及其供能特點

人體運動時的供能系統(tǒng)，依其運動強度和運動持續(xù)時間的不同可分為ATP—CP（磷酸原）系統(tǒng)、無氧糖酵解（乳酸）系統(tǒng)和有氧氧化系統(tǒng)。

(一) ATP—CP（磷酸原）系統(tǒng)及其供能特點

    ATP—CP（磷酸原）系統(tǒng)又稱非乳酸能系統(tǒng)。它是由肌肉內(nèi)的ATP和CP這兩種高能磷化物構(gòu)成，ATP與CP同樣都是通過分子內(nèi)高能磷酸鍵裂解時釋放能量，以實現(xiàn)快速供能。因此，在運動時供能系統(tǒng)中將CP一起稱為磷酸原系統(tǒng)。

磷酸原系統(tǒng)供能不在其數(shù)量的多少，而在與其能量的快速可動用性。在三個供能系統(tǒng)中，其能量輸出功率最高。凡是短時間極量運動（如：短跑、舉重、沖刺、投擲等）時所需的能量幾乎全部由ATP—CP系統(tǒng)供給。任何強度的運動，開始首先供能的都是ATP—CP系統(tǒng)，其特點是：①分解供能速度快，重新合成ATP速度最快。②不需要氧。③不產(chǎn)生乳酸。④ATP—CP供能系統(tǒng)最大輸出功率為50W /Kg體重，是三個供能系統(tǒng)中輸出功率最高者。⑤維持供能的時間短。例如一名70kg的人參加運動的肌肉以20kg計算，ATP—CP供能系統(tǒng)儲備的能量，可供輕快走步運動的時間約為1分鐘；或可維持最大強度運動時間約為6—8秒左右。30—60公尺疾速跑全靠ATP—CP供能系統(tǒng)保證；60—100公尺跑主要靠ATP—CP系統(tǒng)供能；200—400公尺跑大部分由ATP-CP系統(tǒng)供能（也靠乳酸系統(tǒng)提供部分能量）。可見，ATP—CP系統(tǒng)在短時間最大強度運動的供能體系中起著重要作用。

（二）   糖酵解系統(tǒng)及其供能特點

當人體劇烈運動時，骨骼肌能量消耗不僅量大且速度快，有氧供能不足。而ATP-CP大量消耗時，糖的無氧酵解便開始參與供能。當氧供應不足的程度為氧化供能需要量的2倍以及肌肉中ATP-CP被消耗的量約為原儲備量50%左右時，為了迅速再合成ATP以保證持續(xù)運動的能力，骨骼肌中的糖原便大量無氧分解，乳酸開始生成。糖無氧酵解系統(tǒng)是400m、800m、1500m跑，100m、200m游泳的主要供能系統(tǒng)。

糖無氧酵解系統(tǒng)供能的特點：①糖原酵解供能速度快，比有氧氧化供能來得及時，故稱其為應急能源。②糖原酵解供能不需要氧，是脂肪酸、甘油、氨基酸等供能物質(zhì)所不及的。③糖無氧酵解系統(tǒng)供能的最大輸出功率為25W/kg體重，約為磷酸原系統(tǒng)的1/2。因此，利用以糖無氧酵解系統(tǒng)供能為主的運動，表現(xiàn)的速度與力量都不如磷酸原系統(tǒng)，但維持供能時間比較長。④糖酵解產(chǎn)生的能量有限，但可積少成多。⑤糖酵解的代謝產(chǎn)物為乳酸。乳酸在肌細胞中的大量增多，不僅對ATP的合成起抑制作用，且引起肌細胞代謝性酸中毒，工作能力降低，易發(fā)生疲勞。

（三）   有氧氧化系統(tǒng)及其供能特點

雖然在糖酵解作用中，能迅速釋放能量并且不需要氧，可是在這種情況下再合成ATP的量是相當少的。糖、脂肪和蛋白質(zhì)在氧供應充足的條件下，氧化為二氧化碳和水，同時釋放大量能量，使ADP再合成ATP。這種有氧氧化供能過程，稱為有氧氧化系統(tǒng)。

有氧氧化系統(tǒng)供能的特點：（1）體內(nèi)95%的ATP均來自線粒體內(nèi)的氧化磷酸化作用，是ATP生成的主要途徑，是人體能量消耗的主要供能系統(tǒng)。（2）糖的有氧氧化釋放的能量比糖酵解生成的ATP數(shù)量大19倍，因此比糖酵解產(chǎn)生的能量多，且比脂肪消耗的能量少，是體內(nèi)最經(jīng)濟的能量供應系統(tǒng)。（3） 有氧供能系統(tǒng)的能量物質(zhì)來源廣闊、種類多、儲備量大，是取之不盡的能量來源。（4）有氧氧化過程復雜、供能速度慢，脂肪的氧化供能因耗氧量大，受氧利用率的影響，只有在運動強度低.氧供應充足的條件下才能被大量利用。所以有氧供能系統(tǒng)是耐力運動項目的主要供能來源。（5）糖和脂肪的有氧氧化時，最大輸出功率比其他兩個系統(tǒng)均低。

 

ATP－CP系統(tǒng)

糖無氧酵解系統(tǒng)

有氧氧化系統(tǒng)

無氧代謝

 

十分迅速

 

化學能源：CP

 

ATP生成很少肌中少量少

 

用于短跑或任何高功率、短時間的活動

無氧代謝

 

迅速

 

食物能源：糖原

 

有限的ATP生成

副產(chǎn)品乳酸可導致肌肉疲勞

用于1～3min的活動

有氧代謝

 

慢

 

食物能源糖、脂肪、蛋白質(zhì)

ATP生成很多

沒有導致疲勞的副產(chǎn)品

勇于耐力或長時間的活動

                   表2：三種能量供應系統(tǒng)的供能特點的對比@

供氧

條件

共氧機構(gòu)

能量容量（每千克\體重）

能量產(chǎn)生速度

（功\體重）

能量持續(xù)時間

無

 

氧

ATP－CP非乳酸能

 

乳酸能（糖原-乳酸）

100卡\㎏

 

230卡\㎏

 

13卡\㎏\秒

 

7卡\㎏\秒

100\13=7.7S

 

230\7=33S

有氧

糖原－CO2+H2O

氧充分時100000卡\㎏

3.6卡\㎏\秒

1.5～2小時

 

        

 

 

 

 

 

 

                        表3：人體肌肉供給能量的能力（男青年）     瑪格里亞（1968）

三 不同項目中的供能系統(tǒng)

項  目

時  間

ATP－CP供能

無氧糖酵解供能

有氧供能

100m

 

200m

 

400m

 

800m

 

1500m

 

3000m

 

5000m

 

10000m

 

馬拉松

 

田賽項目

10”～15”

 

22”～35”

 

1’～1’30”

 

2’～3’

 

4’～6’

 

10’～16’

 

15’～25’

 

30’～50’

 

135’～180

98

 

95

 

80

 

30

 

20

 

20

 

10

 

5

 

5

 

90

2

 

2

 

15

 

65

 

55

 

40

 

20

 

15

 

5

 

10

0

 

3

 

5

 

5

 

25

 

40

 

70

 

80

 

90

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

表4田徑項目有氧供能系統(tǒng)與無氧供能系統(tǒng)供能百分比（%）

如上表所示，有些項目主要由ATP－CP系統(tǒng)供能(如：100m)；有些項目幾乎全部由有氧氧化系統(tǒng)供能（如：馬拉松）；有些項目主要依靠糖酵解系統(tǒng)生成ATP供能（如：400m和800m）；有的則需要無氧代謝與有氧代謝混合供能（如：1500m）。這說明運動項目的能量供應之間是緊密相連的，形成一個連續(xù)統(tǒng)一體，稱為“能量連續(xù)統(tǒng)一體”

 

四 結(jié)束語

人體運動時的能量供應主要是以三大營養(yǎng)物質(zhì)為基礎，在不同的運動項目中由肌體的三大能源系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)而完成的。教練員和運動員如在實際訓練中已此為指導，采取有針對性的訓練手段，將大大提高運動員的成績。

 主要參考文獻

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