第二节

一、人体运动时能量供应

人体生命活动是一个消耗能量的过程，而肌肉活动又是消耗能量最多的一种活动形式。运动时，人体不能直接利用太阳能、电能等各种物理形式的能量，只能利用储存在高能化合物三磷酸腺苷（ATP）分子中储存的化学能。与此同时，糖、脂肪和蛋白质则可通过各自的分解代谢，将储存在分子内部的化学能逐渐释放出来，并使部分能量转移或储存到ATP分子中，以保证ATP供能的连续性。

（一）运动时的直接能源：ATP

生物体从单细胞的低等生物到多细胞的高等生物以及人体，其体内的一切生命活动的能量直接来源于ATP。肌肉的收缩活动也是如此。ATP是由一个大分子的腺苷和三个磷酸根组成，故称三磷酸腺苷（A—P～P～P）。在ATP分子结构中的三个磷酸根之间的结合键——高能磷酸键中蕴藏着大量的化学能。

1. ATP的储备及输出功率

ATP在细胞内的含量是有限的而且比较稳定的。ATP是边分解边合成的，以保证生命活动能量供应的连续性。通过肌肉活检测定，安静肌肉ATP含量约为6mol/kg湿肌。ATP的最大输出功率达11.2mmolATP/kg/s，启动极为迅速。

2. ATP的分解供能及补充

ATP在酶的作用下，断开末端高能磷酸键，迅速分解为二磷酸腺苷（ADP）和无机磷酸，并释放出能量。ATP +H ₂ O → ADP+ Pi+ E，每克ATP分子可释放29.26～50.16KJ的能量。ATP一旦被分解，便迅速补充。这一直接补充过程由肌肉的另一高能磷酸化合物CP（磷酸肌酸）完成。即CP+ADP → C+ATP。肌肉中的CP的再合成则要靠三大能源物质的分解。ATP 再合成所需的能量来自三条途径：一是磷酸肌酸（CP）的分解放能；二是糖元酵解生能；三是糖、脂肪和蛋白质的氧化。

（二）运动时的三种能源系统

人体在各种运动中所需要的能量分别由三种不同的能源系统供给，即磷酸原系统、酵解能系统、有氧供能系统，如表3-2-1和图3-2-1所示。

1. 磷酸原系统

又称ATP—CP系统。该系统主要是由结构中带有磷酸基团的ATP、ADP、CP构成的，由于在供能代谢中均发生磷酸基团的转移，故称为磷酸原。肌肉在运动中ATP直接分解供能，为维持ATP水平，保持能量供应的连续性，CP在肌酸激酶（CK）的作用下，再合成ATP。所以剧烈运动时，肌肉内的CP含量迅速减少，而ATP含量变化不大。CP在肌肉中储存量很少，约15～17mmol/kg湿肌。实际上，磷酸原在运动中的可用量只占1%左右。因此磷酸原系统供能持续时间短，仅维持6～8 s，但输出功率最快，不需要氧，不产生乳酸类等中间产物。磷酸原系统是一切高功率输出运动项目的物质基础，如短跑、投掷、跳跃、举重等。运动训练时要注重提高体育活动人肌肉内磷酸原的储备量以及ATP再合成速率。

2. 酵解能系统

又称乳酸能系统，是运动中骨骼肌糖原或葡萄糖在无氧条件下酵解，生成乳酸并释放能量供肌肉利用的能源系统。该系统供能总量较磷酸原系统多，持续时间较短，功率输出次之。一般认为，在极量运动的开始阶段，该系统即可参与功能，在运动30s左右供能速率最大，维持运动时间2～3min。由于终产物是导致疲劳的物质——乳酸，因此血乳酸水平是衡量酵解能系统供能能力的最常用指标。该系统是一分钟以内要求高功率输出运动项目的物质基础，如400m跑、100m游泳等。

酵解能系统与磷酸原系统共同为短时间高强度无氧运动提供能量。中距离跑等运动持续时间在2min左右的项目，主要由酵解能系统供能；而篮球、足球等非周期性项目在运动中加速、冲刺时的能量亦由磷酸原和酵解能系统提供。

3. 有氧供能系统

有氧供能系统是指糖、脂肪和蛋白质在细胞内（主要是线粒体内）彻底氧化生成H ₂ O和CO ₂ 的过程中，再合成ATP的能量系统。该系统以糖和脂肪供能为主，尽管供能的最大输出功率仅达到酵解能系统的1/2，但其储备量丰富，维持运动时间长（糖类可达到1～2 h，脂肪可达更长时间），不产生乳酸类的副产品。所以该系统是进行长时间耐力运动的物质基础。线粒体三羧酸循环是三大能源物质共同代谢的途径，在评定人体有氧供能系统的供能能力时，主要考虑对氧的利用率及线粒体氧化产能效率。因此，最大摄氧量和乳酸等是评定有氧工作能力的主要指标。

二、运动时能源物质的消耗与补充

（一）运动强度和运动持续时间

人体运动时利用的直接能源是ATP，但最终是消耗糖、脂肪、蛋白质（主要是糖和脂肪）。

1. 大强度的短时间运动

它包括爆发式非周期性和连续式周期性最大强度运动。最大强度的运动必须启动能量输出功率最快的磷酸原系统，即动用CP供能。由于该系统可维持6～8 s，当达到CP供能极限而运动必须持续下去时，必须启动乳酸能系统，即依靠糖进行无氧酵解供能。此时表现为运动强度略有下降，直至运动结束。

2. 中等强度的长时间运动

此类运动由于持续时间较长，运动强度较小，它适应最大有氧工作能力的范围。如马拉松等，必然以有氧供能为主。由于脂肪氧化时，动员慢、耗氧量大、输出功率小于糖等特点，故运动前期以启动糖氧化供能为主，后期随着糖消耗程度增加而逐渐过度到以脂肪氧化供能为主。但在后期的加速、冲刺阶段，仍动用糖酵解方式供能。

3. 递增强度的力竭性运动

运动开始阶段，运动强度较小，糖的氧化分解就能满足需要。随着运动强度的逐渐增大，当有氧供能不能满足对ATP的消耗时，必然动用糖酵解供能。

4. 强度变换的持续性运动

这种运动是以无氧供能为特征，以有氧供能为基础的混合性的一类运动（如各种球类、技击对抗类项目等）。其特点是以CP供能快速完成战术的配合，间歇时依靠糖、脂肪的有氧氧化及时恢复的持续性运动，运动中糖的无氧酵解供能比例较小。当血乳酸含量过高时，说明ATP—CP供能和有氧供能能力下降，因此会导致疲劳，体能下降。

减肥，使体脂控制在适宜水平，有益于健康，已成为人们的共识。适宜的运动同时减少食物摄入量被广泛认为是一种合理有效的减肥手段之一。因为脂肪动员慢，且运动强度较小时才动用脂肪氧化供能，所以进行中低强度的长时间运动才能达到利用脂肪氧化供能的目的，从而减少体脂。可根据肥胖者的爱好选择运动项目，如长距离步行、慢跑、自行车和游泳、健身操及水中运动等。有研究认为，50%～70%VO ₂ max的运动强度对减肥较合适。进行减肥运动时，每次运动持续时间应大于30min，每周5～7次，效果较好。常用的肥胖诊断标准如表3-2-2所示。

节食减肥、药物减肥与锻炼减肥的对比区别：节食减肥即减少能量的摄入，但必须保证各种营养素齐全，合理安排三餐饮食。较合理的节食减肥进程应在每周减轻体重0.5～0.9 kg。但由于减肥者多食欲旺盛，加上食量减少，饥饿感非常强，致使减肥常常不能坚持而导致失败，一旦恢复饮食，体重又会反弹。而且，节食减肥往往会造成营养素缺乏症。药物减肥即食用抑制食欲、促进代谢的药物，从而达到减轻体重的目的。但由于许多减肥药物均有一定的副作用，且需要长期服用，对身体有潜在的危害。运动减肥是一种采用广泛且普遍被接受的方法。运动减肥与其他减肥方法不同之处在于它对身体成分的不同影响。其他减肥方法在减去体脂的同时大多伴有体重的减少，而运动减肥在减去体脂的同时却能使运动者瘦体重有所增加。而且运动减肥可增强人体各器官系统的功能。因此运动减肥已逐渐成为一种潮流。

（二）膳食的类型

从营养学观点来看，合理的饮食足以保证身体进行有效的机体活动，经常食用牛奶、肉、鱼、蔬菜、水果和粮食制品，都能满足从事力量或耐力锻炼的需要。当进行力量项目锻炼时，蛋白质和无机盐类的需要量可以略微增加。运动比赛前如食用含糖高一些的食物（或称高糖膳食），有助于比赛开始后糖能源的利用，运动能力比食用普通膳食者有所提高。

1. 运动竞赛前的糖填充

在运动竞赛开始前若干天，通过调整膳食结构，使肌糖原含量增加，称为糖填充（或肌糖原充填）。这对提高运动能力，取得良好成绩有重要意义。常采用改良的糖填充法，即在赛前一周的前4d进行尽量消耗肌糖原的运动，然后接着三天逐渐减小运动负荷量以免肌糖原进一步大量消耗，同时采用高糖膳食，使肌糖原达到超量恢复。糖原填充法被应用的项目有马拉松、足球、长距离游泳、自行车、铁人三项、越野、中长跑、长距离皮划艇等。

2. 赛前饮食原则

（1） 食物体积小、重量轻、易消化，提供500～1000 kcal能量。

（2） 赛前饮食中的液体摄入量应适宜，一般和平常摄入量相当就行了。

（3） 避免高脂肪、高纤维素、容易产气、延缓胃排空、辛辣、过甜的食物。

（4） 赛前食物的种类最好和平常相同，要为参赛者所熟悉，以符合心理因素的要求，不宜换食新的食物。

（5） 在比赛开始前2～4h进食。

（6） 耐力项目应进行赛前补糖，补糖时间在赛前2h或15～30min为宜，补糖量以1h不超过50g为宜，或1g/kg体重。

三、运动后能量物质的恢复

恢复过程（Recovery）是指人体在运动过程中和运动结束后，各种生理机能和能源物质逐渐恢复到运动前水平的变化过程。可以说，恢复过程和运动过程本身同样重要。如果运动后体力恢复不充分，势必影响继续运动。

从能量消耗与补充的角度看，恢复过程大致可分三个阶段。

第一阶段：运动时能源物质的消耗占优势，恢复过程虽然也在进行，但消耗大于恢复，所以表现为体内能源物质逐渐减少，各器官系统功能逐渐下降。

第二阶段：运动停止后消耗过程减少，恢复过程占优势，各种能源物质不断得到补充，能源物质和各器官系统的功能逐渐恢复到原来水平。

第三阶段：即超量恢复阶段。运动时消耗的能源物质及各器官系统机能状态在运动后一段时间内不仅恢复到原来水平，甚至超过原来水平，这种现象称为“超量恢复”。超量恢复保持一段时间后又会回到原来水平，如图3-2-2所示。

超量恢复学说的研究始于苏联一位科学家，她以不同的电刺激频率使蛙肌收缩一定的次数后，在不同的时间测定肌糖原含量的变化从而发现超量恢复的存在。超量恢复的规律：①在适宜的刺激强度下，物质的消耗量随刺激强度增大而增加；②在恢复期的一个阶段中，会出现被消耗的物质超过原来数量的恢复阶段；③超量恢复的程度和时间取决于消耗的程度，在一定范围内，肌肉活动负荷越大，消耗过程越剧烈，超量恢复的效果越明显，如图3-2-3所示；④运动后恢复期中消耗物质恢复的异时性原理。同一种能源物质由于存在的部位不同，出现的超量恢复时间也不同。如肌糖原的超量恢复出现在肝糖原之前，肌糖原恢复以后，肝糖原才会出现超量恢复。不同的能源物质，出现超量恢复的时间也不同，如图3-2-4所示。

超量恢复原理在运动实践中的应用：超量恢复原理在运动实践中的意义主要表现在①体育活动人在超量恢复阶段参加训练或比赛，能提高训练效果和创造优异的比赛成绩；②保证训练水平的不断提高。

训练课中休息间歇的掌握：训练课中如何选择最适宜的休息间歇，既保证完成训练任务，又可取得良好的训练效果，这是训练课中值得注意的问题。目前研究较清楚的是磷酸原的恢复。10s力竭运动后，消耗的ATP和CP在2～3min内基本可恢复。重复训练中，ATP—CP恢复到其原有的一半时就可以维持预定的运动强度。恢复期使运动时消耗的能源物质再合成一半所需要的时间称半时反应。因此，可以将半时反应作为掌握休息间歇的标准。目前研究结果认为：①10s全力跑的半时反应时间为20～30 s，因此最适宜的休息时间为30s；②30s全力跑的半时反应时间为60s，因此最适宜的休息时间为60s；③最大乳酸生成的成组练习（4×100m跑）后，血乳酸生成的半时反应为15min左右，活动性休息有助于乳酸的消除，力竭性运动后可供选择的恢复时间如表3-2-3所示。