体育教案－人体运动时的能量供应

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体育教案－人体运动时的能量供应

人体运动时的能量供应

 

（吉林体育学院  长春  130022）

 

 

摘  要 本文对人体运动时的供能物质.供能系统及其特点进行了分析。为体育教师.教练员和运动员的科学训练提供了依据。

 

关键词 运动 能量 供应

 

前  言 人体生命活动的运行需要消耗能量。在人们参加剧烈体育运动时，肌肉长时间地收缩和舒张，脏器的活动增强，以及神经系统能量消耗增加，将使运动时总的能量消耗比静息时增加几倍到几十倍，甚至百倍以上。从另一方面讲，长期科学训练将使人体运动时的能量供应与消耗得到改善，从而为提高人体运动能力奠定物质基础。因此，了解与研究人体运动时的能量供应是体育教师.教练员以及运动员必备的知识。

 

一 肌肉活动的能量及其能量的释放

人体运动需要大量能量。这些能量的来源是自食物中的六大营养素中的三大营养物质，即糖、脂肪和蛋白质。

（一）   糖及其分子中能量的释放与转移

糖是肌肉活动最主要的燃料。人体糖的存在形式有两种：第一种是以葡萄糖的形式存在于血液中；第二种是存在于肝脏和肌肉中的糖原（肝糖原和肌糖原）。人体运动所需的能量主要是由糖（或脂肪）的氧化分解过程释放出来的。糖的氧化分解主要有两个途径：（1）在无氧条件下进行的糖酵解；（2）在有氧条件下进行的有氧氧化。在一般条件下，糖主要以有氧氧化的途径分解供能。

 

糖的代谢方式

有氧氧化

无氧糖酵解

有无O2参与反应

有

无

进  行  部  位

线  粒  体

细  胞  液

最  终  产  物

CO2    H2O

乳   酸

ATP  生  成  量

多

少

 

 

 

 

        

              表1：有氧氧化同无氧糖酵解的对比

 (二)  脂肪及其燃烧（氧化）

脂肪是肌肉活动的另一主要原料。机体内储备的脂肪量是势能的最大来源。与其他营养物质比较，可作为能量的脂肪数几乎是无限的。来自储藏脂肪的实际燃料贮存量大约相当于90000～110000千卡左右。成年人体内贮存脂肪量的差别很大，且缺乏精确的正常值。一般成年男子的贮存脂肪量约占体重的15～20%，女子稍高。

脂肪氧化时,.体内首先由脂肪酶催化水解为甘油和脂肪酸。甘油随着血液循环至肝脏和其他组织进行再分解。而释出的脂肪酸进一步氧化释放能量，共全身各组织摄取利用。脂肪酸彻底氧化所释放的能量比糖多得多，且利用率也比糖高。

当脂肪酸大量分解时，会产生三种中间物质：乙酰乙酸、B- 羟丁酸和丙酮。我们将这三种中间产物合称为酮体。短时间剧烈运动后，血液中的酮体上升。这是由于运动时的糖供能不足，脂肪酸利用量增加而又氧化不足的缘故。运动员在运动后血液中酮体上升较无训练者少，这说明运动员能较多的利用脂肪酸供能，而且氧化比较完善。但运动结速后的恢复期中，无训练者在肝脏和肌肉中的酮体反而比有训练者高，这说明

运动能改善脂肪的代谢和调节

（三）蛋白质及其代谢

     蛋白质是体现生命活动的物质之一（另一物质是核酸）。其作为能源是非常有限的，仅当热量供应不足时才适当地动用以作为一种不得已的补充。当人体运动时有15%～20%的蛋白质可提供能量，共产生能量大约30000—40000千卡。

     运动训练可以影响机体的氮平衡。有人曾做这样的实验，受试者在参加训练前日机体处于正氮平衡状态，参加训练第一天就处于负氮平衡，第3～4天负氮平衡达到最高峰，以后逐渐减少，直至参加第11～12天的训练又接近于平衡。实验结果表明：机体对运动负荷不适应，体内蛋白质分解代谢加剧，蛋白质的需要量也增加，一直到对运动训练逐渐产生适应。耐力训练后肌肉氧化氨基酸酶类的活性升高，这是蛋白质代谢的酶类对训练所产生的适应性变化。

 

二 运动时的供能系统及其供能特点

人体运动时的供能系统，依其运动强度和运动持续时间的不同可分为ATP—CP（磷酸原）系统、无氧糖酵解（乳酸）系统和有氧氧化系统。

(一) ATP—CP（磷酸原）系统及其供能特点

    ATP—CP（磷酸原）系统又称非乳酸能系统。它是由肌肉内的ATP和CP这两种高能磷化物构成，ATP与CP同样都是通过分子内高能磷酸键裂解时释放能量，以实现快速供能。因此，在运动时供能系统中将CP一起称为磷酸原系统。

磷酸原系统供能不在其数量的多少，而在与其能量的快速可动用性。在三个供能系统中，其能量输出功率最高。凡是短时间极量运动（如：短跑、举重、冲刺、投掷等）时所需的能量几乎全部由ATP—CP系统供给。任何强度的运动，开始首先供能的都是ATP—CP系统，其特点是：①分解供能速度快，重新合成ATP速度最快。②不需要氧。③不产生乳酸。④ATP—CP供能系统最大输出功率为50W /Kg体重，是三个供能系统中输出功率最高者。⑤维持供能的时间短。例如一名70kg的人参加运动的肌肉以20kg计算，ATP—CP供能系统储备的能量，可供轻快走步运动的时间约为1分钟；或可维持最大强度运动时间约为6—8秒左右。30—60公尺疾速跑全靠ATP—CP供能系统保证；60—100公尺跑主要靠ATP—CP系统供能；200—400公尺跑大部分由ATP-CP系统供能（也靠乳酸系统提供部分能量）。可见，ATP—CP系统在短时间最大强度运动的供能体系中起着重要作用。

（二）   糖酵解系统及其供能特点

当人体剧烈运动时，骨骼肌能量消耗不仅量大且速度快，有氧供能不足。而ATP-CP大量消耗时，糖的无氧酵解便开始参与供能。当氧供应不足的程度为氧化供能需要量的2倍以及肌肉中ATP-CP被消耗的量约为原储备量50%左右时，为了迅速再合成ATP以保证持续运动的能力，骨骼肌中的糖原便大量无氧分解，乳酸开始生成。糖无氧酵解系统是400m、800m、1500m跑，100m、200m游泳的主要供能系统。

糖无氧酵解系统供能的特点：①糖原酵解供能速度快，比有氧氧化供能来得及时，故称其为应急能源。②糖原酵解供能不需要氧，是脂肪酸、甘油、氨基酸等供能物质所不及的。③糖无氧酵解系统供能的最大输出功率为25W/kg体重，约为磷酸原系统的1/2。因此，利用以糖无氧酵解系统供能为主的运动，表现的速度与力量都不如磷酸原系统，但维持供能时间比较长。④糖酵解产生的能量有限，但可积少成多。⑤糖酵解的代谢产物为乳酸。乳酸在肌细胞中的大量增多，不仅对ATP的合成起抑制作用，且引起肌细胞代谢性酸中毒，工作能力降低，易发生疲劳。

（三）   有氧氧化系统及其供能特点

虽然在糖酵解作用中，能迅速释放能量并且不需要氧，可是在这种情况下再合成ATP的量是相当少的。糖、脂肪和蛋白质在氧供应充足的条件下，氧化为二氧化碳和水，同时释放大量能量，使ADP再合成ATP。这种有氧氧化供能过程，称为有氧氧化系统。

有氧氧化系统供能的特点：（1）体内95%的ATP均来自线粒体内的氧化磷酸化作用，是ATP生成的主要途径，是人体能量消耗的主要供能系统。（2）糖的有氧氧化释放的能量比糖酵解生成的ATP数量大19倍，因此比糖酵解产生的能量多，且比脂肪消耗的能量少，是体内最经济的能量供应系统。（3） 有氧供能系统的能量物质来源广阔、种类多、储备量大，是取之不尽的能量来源。（4）有氧氧化过程复杂、供能速度慢，脂肪的氧化供能因耗氧量大，受氧利用率的影响，只有在运动强度低.氧供应充足的条件下才能被大量利用。所以有氧供能系统是耐力运动项目的主要供能来源。（5）糖和脂肪的有氧氧化时，最大输出功率比其他两个系统均低。

 

ATP－CP系统

糖无氧酵解系统

有氧氧化系统

无氧代谢

 

十分迅速

 

化学能源：CP

 

ATP生成很少肌中少量少

 

用于短跑或任何高功率、短时间的活动

无氧代谢

 

迅速

 

食物能源：糖原

 

有限的ATP生成

副产品乳酸可导致肌肉疲劳

用于1～3min的活动

有氧代谢

 

慢

 

食物能源糖、脂肪、蛋白质

ATP生成很多

没有导致疲劳的副产品

勇于耐力或长时间的活动

                   表2：三种能量供应系统的供能特点的对比@

供氧

条件

共氧机构

能量容量（每千克\体重）

能量产生速度

（功\体重）

能量持续时间

无

 

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

氧充分时100000卡\㎏

3.6卡\㎏\秒

1.5～2小时

 

        

 

 

 

 

 

 

                        表3：人体肌肉供给能量的能力（男青年）     玛格里亚（1968）

三 不同项目中的供能系统

项  目

时  间

ATP－CP供能

无氧糖酵解供能

有氧供能

100m

 

200m

 

400m

 

800m

 

1500m

 

3000m

 

5000m

 

10000m

 

马拉松

 

田赛项目

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田径项目有氧供能系统与无氧供能系统供能百分比（%）

如上表所示，有些项目主要由ATP－CP系统供能(如：100m)；有些项目几乎全部由有氧氧化系统供能（如：马拉松）；有些项目主要依靠糖酵解系统生成ATP供能（如：400m和800m）；有的则需要无氧代谢与有氧代谢混合供能（如：1500m）。这说明运动项目的能量供应之间是紧密相连的，形成一个连续统一体，称为“能量连续统一体”

 

四 结束语

人体运动时的能量供应主要是以三大营养物质为基础，在不同的运动项目中由肌体的三大能源系统相互协调而完成的。教练员和运动员如在实际训练中已此为指导，采取有针对性的训练手段，将大大提高运动员的成绩。

 主要参考文献

，体育教案－人体运动时的能量供应