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2.2 课后习题及详解
1 试述ATP的稳态及其生成途径。
答： （1）ATP稳态
ATP稳态是指细胞、组织乃至器官、系统在能量转换过程中维持其ATP恒定含量的现象。ATP浓度过低会导致机体能源不足，过高则会导致分解代谢抑制，两种情况都会使生命活动难以进行。
（2）ATP生成途径
①磷酸原系统
磷酸原系统，又称ATP-CP系统，是指由ATP和磷酸肌酸（CP）组成的系统。二者的化学结构都属于高能磷酸化合物。这一系统中的ATP和CP都是贮存在骨骼肌细胞中的高能化合物，当肌肉收缩时ATP直接分解供能，为维持ATP水平，保证能量的连续性供应，CP在肌酸激酶的作用下，再合成ATP。
②糖酵解系统
糖酵解系统，又称乳酸能系统，是指糖原或葡萄糖在无氧分解过程中再合成ATP的供能系统。它是机体处于氧供不足时的主要供能系统。这一系统供能时要生成乳酸。在三大能量物质中，只有糖能够直接在相对缺氧的条件下（不完全氧化）合成ATP。
③有氧氧化系统
有氧氧化系统是指糖、脂肪和蛋白质在氧供充足的情况下，彻底氧化成H 2 O和CO 2 的过程中，再合成ATP的供能系统。这一系统是机体绝大多数细胞主要的能量获取方式。
2 试述能量代谢的测定方法及其影响因素。
答： （1）测定方法
①直接测热法
测定整个机体在单位时间内发散的总热量虽然可以采用直接测热法获得，但该方法不适应测定人体，更不适应于测定人体在运动时的能量代谢。
②气体代谢法
测定人体运动时的能量代谢通常通过气体代谢的方法进行。
（2）影响因素
①肌肉活动
肌肉活动对能量代谢的影响最为显著。机体任何轻微的活动都可提高代谢率。
②环境温度
a．人体安静时（裸体或只穿薄衣）的能量代谢在20～30℃的环境中最为稳定（主要是由于肌肉松弛的结果）。
b．当环境温度低于20℃时，代谢率开始有所增加。
c．当环境温度低于10℃时，代谢率显著增加（主要是由于寒冷刺激反射地引起寒战以及肌肉紧张度增强所致）。
d．当环境温度为30～45℃时，代谢率又会逐渐增加（可能是因为体内化学过程的反应速率有所增加以及发汗功能旺盛、呼吸和循环功能增强等因素的作用）。
③食物的特殊动力效应
在安静状态下摄入食物后，人体释放的热量比摄入的食物本身氧化后所产生的热量要多。食物能使机体产生“额外”热量的现象称为食物的特殊动力效应。
④精神和情绪活动
人体处于激动、恐惧、焦虑和紧张等状态下，能量代谢率可显著增加。精神紧张可引起骨骼肌紧张性升高，增加产热量；也可引起甲状腺、肾上腺髓质等分泌激素增多，促进细胞代谢活动，从而增加产热量。
⑤其他因素
能量代谢还受种族、年龄、性别、身体成分乃至居住的地理环境等因素的影响。此外，许多药物也能影响能量代谢。
3 试述能量代谢对急性运动的反应。
答： （1）急性运动时的无氧代谢
①磷酸原系统——无氧代谢的非乳酸成分
急性运动刚开始的能量主要来源于ATP、CP的分解。ATP在ATP酶催化下迅速水解为ADP和Pi，同时释放能量；ADP继之与CP作为共同底物在肌酸激酶催化下迅速再合成ATP。大强度运动开始后的瞬时运动，骨骼肌CP裂解速率即达峰值，并约在1.3s后出现下降，造成骨骼肌CP的迅速耗竭。故磷酸原系统供能时ATP的再合成底物来源有限，能量供应总量最低，仅能维持持续数秒钟的极量强度运动。
②糖酵解供能系统——无氧代谢的乳酸成分
如果运动维持足够的强度并继续持续下去，呼吸和循环系统的动员一旦不能满足运动骨骼肌对氧的需求，那么糖酵解供能系统将逐渐占据能量供应的主导地位。此时ATP的分解产物ADP接受糖原或葡萄糖不完全裂解产生的高能磷酸键再合成ATP，同时产生大量乳酸。这一供能过程的功率输出尽管比磷酸原系统供能速率低，但是再合成ATP的总量较后者有所提高，因而维持运动的时间延长。
（2）急性运动时的有氧代谢
在运动刚开始的短时间内，由于呼吸循环的反射调节相对迟缓，氧在体内的运输滞后，所以摄氧量在短时间内（30～60s）呈指数上升。这一阶段的供能主要来源于无氧代谢（非乳酸和乳酸成分）。继续运动一段时间，当运动强度小于无氧阈强度时，呼吸和循环系统的动员能够满足运动骨骼肌对氧的需求，有氧代谢开始占据供能的主导地位，摄氧动力学曲线将呈平台分布，摄氧量最终稳定在某一水平；当运动强度大于无氧阈强度时，摄氧动力学曲线多出现持续几分钟的慢成分，直至最大摄氧量平台出现；而在极量强度运动时，摄氧动力学曲线将不出现平台，而是持续增高，直至运动性疲劳发生，摄氧量水平达到或不能达到最大摄氧量。
4 试述急性运动中能量代谢的整合过程。
答： （1）急性运动中三种能量代谢
①磷酸原系统——无氧代谢的非乳酸成分
急性运动刚开始的能量主要来源于ATP、CP的分解。由于该过程ATP、CP分解时不需要氧的参与，也不产生乳酸，所以又称无氧代谢的非乳酸成分。
②糖酵解供能系统——无氧代谢的乳酸成分
如果运动维持足够的强度并继续持续下去，呼吸和循环系统的动员一旦不能满足运动骨骼肌对氧的需求，那么糖酵解供能系统将逐渐占据能量供应的主导地位。由于该过程不需氧的参与，同时产生乳酸，所以又称无氧代谢的乳酸成分。
③急性运动时的有氧代谢
有氧代谢功率输出相对最低，但在低、中强度运动中，呼吸和循环系统的动员能够满足运动骨骼肌对氧气的需求，充足的代谢底物使有氧代谢相对无氧代谢能够提供更大的能量供应总量，运动的时间大为延长。
（2）急性运动中能量代谢的整合
大强度运动中各能量代谢系统对能量供应的参与并非按顺序出现，而是相互整合、协调，共同满足肌肉对能量的需求。依运动模式、运动持续时间和强度的不同，三种供能系统都参与能量供应，只不过各自在总体能量供应中所占的比例不同。
5 试述能量代谢对慢性运动的适应性变化。
答： （1）能量代谢的调节能力与慢性运动
一般来讲，慢性运动可上调参与主要能量代谢供能系统的酶活性，使急性运动对神经、激素的调节更加敏感，内环境变化时各器官系统的功能更加协调，同时加速能源物质以及各代谢调节系统的恢复，促进疲劳的消除。在此前提下，机体相应的运动能力得到提高。
（2）运动后恢复过程的代谢能力与慢性运动
慢性运动对能量代谢的影响还可以用运动或能量节省化反映。当机体在同等负荷运动下能够达到更大的功率输出或更高的摄氧量水平，表明机体的运动节省化程度提高。运动节省化较最大摄氧量具备更高的可训练性。特别是对于优秀运动员，长期的运动训练可使其最大摄氧量处于稳定状态。此时其有氧运动能力的提高就有赖于运动节省化水平的改善。