人體運動供能系統(tǒng)
2012-10-17 10:01閱讀：3,645
在人體內(nèi)有三大供能系統(tǒng)，它們是：ATP-磷酸肌酸供能系統(tǒng)、無氧呼吸供能系統(tǒng)和有氧呼吸供能系統(tǒng)。
（1） ATP在肌肉中的含量低，當肌肉進行劇烈運動時，供能時間僅能維持約1～3秒。
（2）之后的能量供應就要依靠ATP的再生。這時，細胞內(nèi)的高能化合物磷酸肌酸的高能磷酸鍵水解將能量轉(zhuǎn)移至ADP，生成ATP。磷酸肌酸在體內(nèi)的含量也很少，只能維持幾秒的能量供應。人在劇烈運動時，首先是ATP-磷酸肌酸供能系統(tǒng)供能，通過這個系統(tǒng)供能大約維持6～8秒左右的時間。
（3） 這兩項之后的供能，主要依靠葡萄糖和糖元的無氧酵解所釋放的能量合成ATP。無氧酵解約能維持2～3分鐘時間。
（4） 由于無氧呼吸產(chǎn)生的乳酸易導致肌肉疲勞，所以長時間的耐力運動需要靠有氧呼吸釋放的能量來合成ATP。
綜上所述，短時間大強度的運動，如50米、100米短跑、跳躍、舉重，主要依靠ATP-磷酸肌酸供能；長時間低強度的運動，主要靠有氧呼吸提供能量；介于二者之間的較短時間的中強度運動，如400m、800m、1500m跑，100m、200m游泳，則主要由無氧呼吸提供能量。
運動項目 總需氧量（升） 實際攝入氧量（升） 血液乳酸增加量
馬拉松跑 600 589 略有增加
400米跑 16 2 顯著增加
100米跑 8 0 未見增加
人在劇烈運動呼吸底物主要是糖。但在長時間劇烈運動時，如馬拉松式的長跑運動，人體內(nèi)貯存的糖是不夠用的，在消耗完貯存的糖類物質(zhì)后，就動用體內(nèi)貯存脂肪和脂肪酸。
一、運動時供能系統(tǒng)的動用特點
(一)人體骨骼肌細胞的能量儲備
(二)供能系統(tǒng)的輸出功率
運動時代謝供能的輸出功率取決于能源物質(zhì)合成ATP的最大速率。
(三)供能系統(tǒng)的相互關(guān)系
1．運動中基本不存在一種能量物質(zhì)單獨供能的情況，肌肉可以利用所有能量物質(zhì)，只是時間、順序和相對比率隨 運動狀況而異，不是同步利用。
2．最大功率輸出的順序，由大到小依次為：磷酸原系統(tǒng)>糖酵解系統(tǒng)>糖有氧氧化>脂肪酸有氧氧化，且分別以近50％的速率依次遞減。
3．當以最大輸出功率運動時，各系統(tǒng)能維持的運動時間是：磷酸原系統(tǒng)供極量強度運動6—8秒；糖酵解系統(tǒng)供最大強度運動30—90秒，可維持2分鐘以內(nèi)；3分鐘主要依賴有氧代謝途徑。運動時間愈長強度愈小，脂肪氧化供能的比例愈大。脂肪酸是長時間運動的基本燃料。
4．由于運動后三磷酸腺苷(ATP)、磷酸肌酸(CP)的恢復及乳酸的清除，須依靠有氧代謝系統(tǒng)才能完成，因此有氧代謝供能是運動后機能恢復的基本代謝方式。
二、不同活動狀態(tài)下供能系統(tǒng)的相互關(guān)系
安靜時，不同強度和持續(xù)時間的運動時，骨骼肌內(nèi)無氧代謝和有氧代謝供能的一般特點表現(xiàn)如下。
(一)安靜時：
安靜時，骨骼肌內(nèi)能量消耗少，ATP保持高水平；氧的供應充足，肌細胞內(nèi)以游離脂肪酸和葡萄糖的有氧代謝供能。線粒體內(nèi)氧化脂肪酸的能力比氧化丙酮酸強，即氧化脂肪酸的能力大于糖的有氧代謝。在靜息狀態(tài)下，呼吸商為0．7，表明骨骼肌基本燃料是脂肪酸。
(二) 長時間低強度運動時：
在長時間低強度運動時，骨骼肌內(nèi)ATP的消耗逐漸增多，ADP水平逐漸增高，NAD+還原速度加快，但仍以有氧代謝供能為主。血漿游離脂肪酸濃度明顯上升，肌內(nèi)脂肪酸氧化供能增強，這一現(xiàn)象在細胞內(nèi)糖原量充足時就會發(fā)生。同時，肌糖原分解速度加快，加快的原因有兩點：
（1）能量代謝加強。
(2)脂肪酸完全氧化需要糖分解的中間產(chǎn)物草酰乙酸協(xié)助才能實現(xiàn)。
在低強度運動的最初數(shù)分鐘內(nèi)，血乳酸濃度稍有上升，但隨著運動的繼續(xù)，逐漸恢復到安靜時水平。
(三) 大強度運動：
隨著運動強度的提高，整體對能量的要求進一步提高，但在血流量調(diào)整后，機體對能量的需求仍可由有氧代謝得到滿足，即有氧代謝產(chǎn)能與總功率輸出之間保持平衡。在這類運動中，血乳酸濃度保持在較高的水平上，說明在整體上基本依靠有氧代謝供能時，部分骨骼肌內(nèi)由糖酵解合成ATP。血乳酸濃度是由運動肌細胞產(chǎn)生乳酸與高氧化型肌細胞或其他組織細胞內(nèi)乳酸代謝之間的平衡決定的。
（四） 短時間激烈運動時：
在接近和超過最大攝氧量強度運動時，骨骼肌以無氧代謝供能。極量運動時，肌內(nèi)以ATP、CP供能為主。超過10秒的運動，糖酵解供能的比例增大。隨著運動時間延長，血乳酸水平始終保持上升趨勢，直至運動終止。
總之，短時間激烈運動(10秒以內(nèi))基本上依賴ATP、CP儲備供能；長時間低、中強度運動時，以糖和脂肪酸有氧代謝供能為主；而運動時間在10秒—10分內(nèi)執(zhí)行全力運動時，所有的能源儲備都被動用，只是動用的燃料隨時間變化而異：運動開始時，ATP、CP被動用，然后糖酵解供能，最后糖原、脂肪酸、蛋白質(zhì)有氧代謝也參與供能。運動結(jié)束后的一段時間，骨骼肌等組織細胞內(nèi)有氧代謝速率仍高于安靜時水平，它產(chǎn)生的能量用于運動時消耗的能源物質(zhì)的恢復，如磷酸原、糖原等。
不同強度運動時磷酸原儲量的變化：（1）極量運動至力竭時，CP儲量接近耗盡，達安靜值的3％以下，而ATP儲量不會低于安靜值的60％。（2）當以75％最大攝氧量強度持續(xù)運動時達到疲勞時，CP儲量可降到安靜值的20％左右，ATP儲量則略低于安靜值。（3）當以低于60％最大攝氧量強度運動時，CP儲量幾乎不下降。這時，ATP合成途徑主要靠糖、脂肪的有氧代謝提供。
運動訓練對磷酸原系統(tǒng)的影響：(1)運動訓練可以明顯提高ATP酶的活性；(2)速度訓練可以提高肌酸激酶的活性，從而提高ATP的轉(zhuǎn)換速率和肌肉最大功率輸出，有利于運動員提高速度素質(zhì)和恢復期CP的重新合成；(3)運動訓練使骨骼肌CP儲量明顯增多，從而提高磷酸原供能時間；(4)運動訓練對骨骼肌內(nèi)ATP儲量影響不明顯。
我了解的運動中脂肪動員與時間、強度的關(guān)系，順提肌肉流失與恢復
（這篇東西主要是討論有氧運動和減脂的。提前通知一下，沒有興趣的可繞道。）
看到有人問怎樣才能燃燒脂肪，想到很多，干脆碼一個帖子算了。這些只是我零敲碎打了解到的體系，羅列一下和大家討論分享。雖然多數(shù)來源于正規(guī)渠道和書籍，但仍不知道組織得是否合理，望專家指正。
因為我有體會，科普的東西如果談得粗略，應用起來極有可能失之毫厘謬之千里，甚至根本無從實際應用。此外，定性不定量也是國人科普的通病，我比較愛看科普文章，深有體會。所以我盡量寫詳細些，勿怪。
首先，身體在第一分鐘就開始消耗血液中的脂肪酸了。
1-10分鐘：血液中的脂肪酸被持續(xù)動用，但儲備脂肪被動員、分解、入血的比例較少，所以血脂被快速消耗，降至最低點。
10分鐘開始：儲備脂肪動員增加，血液中游離脂肪酸含量增加。
30分鐘左右：血液中游離脂肪酸含量達到最高點。脂肪供能比例也達到最高。此后很長一段時間都會持續(xù)這個比例，不再升高。
這個比例又因運動強度而已，高強度有氧動員脂肪較少，因為脂肪供能不太經(jīng)濟，浪費氧氣；中等強度（標準答案是65%最大攝氧量。我查了一下攝氧量心率對照表，貌似折合70%-75%最大心率？）有氧運動的脂肪動員比例最大，可達三分之一。經(jīng)過鍛煉的頂級運動員，可達50%。
順帶一提，運動超過30分鐘后停止，脂肪動員入血的比例并不會迅速下降，而是持續(xù)好幾個小時。因此，運動超過30分鐘，對身體后續(xù)燃燒脂肪也是有利的。
1-2小時后（？因人而異）：人體內(nèi)儲存糖元因不斷耗用而趨于枯竭，沒有了肝糖原的持續(xù)支援、血糖水平也開始下降，此時糖異生加強，脂肪供能比例持續(xù)上升，肌肉分解也開始（明顯？）增多。據(jù)說馬拉松后期，脂肪供能比例高達80%。（廢話，糖元沒了，只能吃脂肪和肌肉了。）
最后話說回來，雖然馬拉松式的鍛煉可以大量消耗脂肪，但是肌肉蛋白的流失對多數(shù)人來說是得不償失，所以不建議有氧鍛煉超1小時（因人而異。我覺得這個數(shù)據(jù)針對的是運動基礎一般、營養(yǎng)策略一般的普通人。運動員應該能到2小時吧。當然了，除了體能因素還有運動強度的因素，你搞變速跑，間歇跑，1小時都支持不到。）
結(jié)論1：有氧運動從一開始就會消耗脂肪。但是達到和超過30分鐘后，脂肪燃燒比例最高。尤其30分鐘到1小時，是減肥的黃金時間。
結(jié)論2：1小時以上、甚至2小時以上的中、高強度有氧運動，是一把雙刃劍，既砍脂肪，又消耗肌肉。是否要這么做，看各人理解了。我的理解是，1小時正好（對有些人、有些運動強度而言，可能是2小時）；在這之后，小超怡情，大超傷身。因為脂肪的分解永遠比肌肉的分解更早更優(yōu)先；似乎越到后面，肌肉分解越厲害。這和饑餓減肥是一樣的：輕度饑餓、短暫饑餓還成，重度饑餓、長時間饑餓，肌肉分解速度會明顯加快。不知道這個理解對不對，望專家指正，我感覺八九不離十（額，自我感覺良好。）所以我一般會運動個80分鐘的樣子。
一定程度上緩解或者延后肌肉分解的方法：運動前48小時直到運動前1小時，采取高碳水化合物的飲食策略，大幅提升肌糖原儲備（最優(yōu)方案下，肌糖原儲備較平時幾乎可以翻倍）；增加脂肪動員比例，延緩糖元耗盡的時間（如控制心率，避免穿插無氧運動等；服用咖啡因、茶多酚等，貌似也能增加脂肪供能比例）；運動中適量補糖（主要適合中等以上強度有氧運動、持續(xù)1小時以上的情況，否則糖元并不會耗竭）；運動前中，服用牛磺酸、支鏈氨基酸、谷氨酰胺（比如牛磺酸，有研究表明服用牛磺酸后，血液中肌肉分解后代謝產(chǎn)物的濃度降低了。這說明牛磺酸可以減少肌肉分解）。
至于國內(nèi)很火的左旋肉堿，說是能增加脂肪代謝來著，但有研究稱日常攝入的左旋肉堿已經(jīng)很足夠，除非你是素食主義者，否則不大需要額外補充。
一定程度上促進肌肉合成、從而彌補肌肉損失的方法：保持運動前、運動后都有足夠的蛋白質(zhì)攝入（需要是容易快速吸收的類型，個人感覺，牛奶、蛋白粉、雞蛋白可能不錯）；特殊營養(yǎng)物質(zhì)的攝取，比如FDP、BCAA、核糖、谷氨酰胺、肌酸等。
