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1、第一节第一节 运动能量的来源运动能量的来源 第二章第二章 运动与能量代谢运动与能量代谢第二节第二节 运动状态下的能量代谢运动状态下的能量代谢 结构重建与更新，能源物质合成破坏与清除衰老组织，能源物质分解人体与其周围环境之间不断进行的物质交换过程。u能量代谢：人体与外界环境之间的能量交换和人体内能量释放、转移、储存和利用。u人体能量代谢的实现是利用放能分解反应来驱动细胞中的各种需能反应进行的，其中以ATP-ADP系统作为最关键的中间物质。u人体运动是以ATP为中心的能量代谢过程。u糖、脂肪、蛋白质：糖、脂肪、蛋白质：人体的最终能源物质。uATPATP（Adenosine triphosphate
2、, 三磷酸腺苷）：细胞内能量获得、转换、储存和利用的联系纽带，体内各种生命活动的直接能源。分解释放的能量并不能直接被细胞利用，一部分以热能的形式散发，维持体温；另一部分转移至ATP的分子结构中机体各器官、组织和细胞能利用的直接能源。分子中高能磷酸键断裂时释放的能量可用于一切生理活动。其合成与分解是体内能量转化与利用的关键环节。第一节第一节 运动能量的来源运动能量的来源 一、能源物质概述一、能源物质概述人体内糖以运人体内糖以运输形式和储存输形式和储存形式两种状态形式两种状态存在，总量约存在，总量约500500克，运动员克，运动员可达可达550-750550-750克。克。运输形式运输形式 血糖血
3、糖 6g6g储存形式：储存形式：糖原糖原( (肌糖肌糖原、肝糖原原、肝糖原) )肌糖原肌糖原300300400g400g肝糖原肝糖原7575100g100g1 1、糖类、糖类提供机体所需能量的50%-70%。能量能量骨骼肌胞浆中的脂滴骨骼肌胞浆中的脂滴血浆脂蛋白中的脂肪血浆脂蛋白中的脂肪 脂库中的脂肪脂库中的脂肪2 2、脂肪、脂肪细胞能量的主要储存形式.3 3、ATPATPu细胞能量代谢的重要媒介：细胞能量代谢的重要媒介：将体内需能反应和供能反应偶联的媒介，既是能量受体又是能量供体,其将有机物不能直接利用的化学能转化为可被利用的化学能形式。（1 1）ATPATP的分子结构：的分子结构：由腺嘌呤
4、、核糖和3个磷酸基团组成的核苷酸。 （2 2）ATPATP的生物学功能的生物学功能 生命活动的直接能源生命活动的直接能源 ATP酶 ATP+H2O ADP+Pi+能量合成磷酸肌酸和其他高能磷酸化合物合成磷酸肌酸和其他高能磷酸化合物 CK ATP+C（肌酸） ADP+CP（磷酸肌酸）（3 3）ATPATP稳态稳态u概念：机体在能量转换过程中维持其ATP 恒定含量的现象。即细胞中存在高效能的ATP 转换机制。 一旦组织细胞ATP 合成速率不能满足生命活动的需要，即ATP 稳态被打破，机体会迅速出现疲劳状态。u细胞能荷（细胞内腺苷酸能荷量）= （ADP+2ATP）/2（AMP+ADP+ATP）正常状
5、态下，细胞能荷保持在0.85 左右；当运动时，消耗ATP的能量显著增多，只要细胞内腺苷酸能荷量稍降低，就可以立即激活一系列无氧及有氧能量代谢机制再合成ATP，直至细胞能荷恢复到正常水平为止。正常静息状态细胞中三种腺苷酸生理浓度的比值，即AMP：ADP：ATP为1：100：5000。ATP/ADP的比值为50：1，肌肉收缩时，当ATP下降2%时，ADP增加2倍，AMP增加4倍，这对灵敏地调节肌细胞的能量代谢有着重要作用。 （4 4）骨骼肌中）骨骼肌中ATPATP含量及肌肉活动时含量及肌肉活动时ATPATP的利用的利用u含量：4.6-6.0mmol/千克湿肌，只能维持0.5s 最大强度肌肉收缩。
6、u肌肉活动时ATP的利用钙泵主动转运示意图1、无氧代谢（1）肌激酶(MK)催化反应2ADP ATP+AMPuAMP可以经过AMP脱氨酶催化水解为次黄嘌呤核苷酸（IMP）和氨（NH3），NH3与H+作用生成胺离子（NH4+）。uNH4+对激活糖酵解的关键酶磷酸果糖激酶（PFK）有积极作用，促使以糖酵解的方式再合成ATP，同时缓冲H+的酸化作用。二、肌肉收缩时二、肌肉收缩时ATP的再合成的再合成MKCP+ADPATP+CCKu补充肌酸提高运动能力的分子基础：肌酸激酶催化的反应可逆，在运动后的恢复期，ATP充足时，能够合成磷酸肌酸和其他高能磷酸化合物。u肌细胞中肌激酶和肌酸激酶的定位与收缩蛋白十分接
7、近，因此对ADP浓度的变化十分敏感，反应极为迅速，基本上与ATP酶催化的反应同步，使ADP迅速合成ATP。（2）肌酸激酶（CK）催化的反应（3）糖无氧酵解：1分子糖原或葡萄糖无氧分解为2分子乳酸，同时生成3或2分子ATP。l糖酵解过程与NAD+/NADH的比值密切相关，当该比值升高时，糖酵解途径中的丙酮酸便可以在丙酮酸脱氢酶系的催化下，氧化脱氢生成乙酰辅酶A，进入三酸酸循环途径进行有氧氧化分解；当该比值降低时，丙酮酸只能在乳酸脱氢酶的催化下还原生成乳酸。l当机体缺氧时，由于有氧氧化不能充分被激活，使NADH增加，强化了糖酵解过程。l当糖酵解途径的酶系比糖有氧氧化途径的酶系激活的更快时，也会使N
8、ADH增加，进而加强糖酵解的过程。 O2CO2 + H2O糖、脂肪、蛋白质+ATP2、有氧代谢 人体能量代谢中最基本的方式。 （1）代谢过程 发生部位线线 粒粒 体体 （2 2）代谢特点）代谢特点u物质的氧化方式主要为脱氢；u在细胞内37及近中性的水环境中，通过酶的催化作用逐步进行；u物质中的能量逐步释放，ATP生成率高；u生物氧化中生成的水由物质脱下的氢与氧结合产生；二氧化碳由有机酸脱羧产生。u概念：指线粒体内膜上的一系列递氢、递电子体按一定顺序排列，形成一个连续反应的生物氧化体系结构。u位置：真核生物细胞位于线粒体内膜上。(3)(3)呼吸链呼吸链( (respiratory chain)/
9、电子传递链电子传递链 ( electron transport chain) )两条主要的呼吸链两条主要的呼吸链u组成及排列顺序 呼吸链由多个组分组成，参加呼吸链的氧化还原酶有烟酰胺脱氢呼吸链由多个组分组成，参加呼吸链的氧化还原酶有烟酰胺脱氢酶类、黄素脱氢酶类、铁硫蛋白类、细胞色素类、辅酶酶类、黄素脱氢酶类、铁硫蛋白类、细胞色素类、辅酶Q Q类等。类等。底物水平磷酸化底物水平磷酸化 代谢物分子的高能磷酸基直接转移给ADP生成ATP的方式。如1，3-二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸、琥珀酰辅酶A等。 (4)ATP(4)ATP的合成的合成氧化磷酸化氧化磷酸化 代谢物脱下的氢，经呼吸链传递，最终生成水
10、，同时伴有ADP磷酸化合成ATP的过程。肌酸-磷酸肌酸能量穿梭系统肌细胞产生高能磷酸化合物（ATP）的反应，主要发生在线粒体内.许多耗能反应大都发生在线粒体外.ATP、ADP、无机磷酸（Pi）都不能通过线粒体内膜ATP在细胞浆内靠弥散作用进行转运的可能性较小.三、肌细胞能量代谢过程中高能磷酸基团的转运三、肌细胞能量代谢过程中高能磷酸基团的转运四、能源物质的容量和功率四、能源物质的容量和功率 机体内能源物质的容量和功率是与其化学结构、存量、转换周期、分解方式密切相关的。 人体的供能系统运动时的能量供应过程 ATPATPaseADP+Pi+ ECPCP糖、脂肪、蛋糖、脂肪、蛋 白质有氧氧化白质有氧
11、氧化糖酵解糖酵解(1)磷酸原与磷酸原系统n磷酸原：ATPATP和和CP CP 的合称。的合称。n磷酸原系统：由ATP和CP分解反应组成的供能系统。1、磷酸原供能系统（ATP-CP）（一）ATP 生成的无氧代谢过程两者的分子结构中均含有高能磷酸键，在代谢中通过转移磷酸基团的过程释放能量。高能磷酸基团的储存库组成肌酸-磷酸肌酸能量穿梭系统（2）CP的结构及功能n结构： CP是肌酸磷酸化的产物。 n功能（3）运动时骨骼肌磷酸原供能运动强度越大，骨骼肌对磷酸原的依赖性也越大。 ATP酶 ATP+H2O ADP+Pi+能量 + C（肌酸）+CPCKu磷酸原供能过程n磷酸原供能系统供能特点：贮量少，持续时
12、间短，输出功率最大，不需要O2，不产生乳酸等。 n运动中的供能作用：一切短时间（数秒内）、高功率运动（如短跑、投掷、跳跃、举重、足球射门等）的供能系统。启动启动运动开始时最早启动，最快利用。是否需氧是否需氧不需氧容量容量/ /功率功率最大供应量小：418.6J/kg体重，供能速率或功率高：54.4 J/kg体重/s供能时间供能时间维持最大强度运动约68秒钟。供能项目供能项目短时间最大强度或最大用力运动，与速度、爆发力关系密切，如短跑、投掷、跳跃、举重及柔道等。运动时磷酸原供能2、糖酵解供能系统u糖酵解供能系统：糖原或葡萄糖无氧分解生成乳酸的过程中，再合成ATP 的能量系统 。该供能系统的最终产
13、物是乳酸，故又称为“乳酸能系统”u供能特点：供能总量较磷酸原系统多，输出功率次之，维持运动的时间较磷酸原系统长，不需要O2，产生致疲劳物质乳酸。启动启动全力运动后约5秒是否需氧是否需氧不需氧容量容量/ /功率功率最大供应量较少：962.6J /kg体重，供能速率（功率）较高： 29.2J/kg体重/s供能时间供能时间维持最大强度运动约30s到2min供能项目供能项目速度、速度耐力项目如200-1500米跑、100-200米游泳，短距离速滑、以及一些非周期性、体能要求高的项目，如摔跤、柔道、拳击、武术等。运动时糖酵解系统供能运动时糖酵解系统供能u供能项目：在速度耐力项目如：400m或800m跑、
14、100m游泳中发挥着至关重要的作用。在篮球、足球等非周期性项目的加速、冲刺时发挥重要作用。u供能意义：在氧供不足时仍能维持较长时间地快速供能，以应付身体急需。（二）ATP生成的有氧代谢过程u有氧氧化系统：糖、脂肪和蛋白质在彻底氧化成H2O和CO2的过程中再合成ATP的能量系统。一般情况下，人体主要以糖和脂肪为主要能源物质。u供能特点：贮量大，能量输出功率较低，无乳酸产生，需要O2，能够持续地长时间供能。u供能项目：长时间耐力运动。是否需氧是否需氧需氧容量容量/ /功率功率最大供应量理论上无限/供能速率（功率）低： 15.1J/kg体重/s供能时间供能时间较长。糖：1.5-2h、FFA时间更长。
15、供能作用供能作用是数分钟以上耐力性运动项目的基本供能系统；对速度和力量运动而言，提高有氧代谢能力，起着改善运动肌代谢环境和加速疲劳消除的作用。运动时有氧氧化系统供能运动时有氧氧化系统供能u运动中糖和脂肪的利用长时间运动中糖脂供能的顺序如何？减体脂时应选择何种运动？运动强度对能源利用的影响运动强度对能源利用的影响随着运动强度增加，糖供能比例提高，而脂肪供能比例减少。运动时间对能源利用的影响运动时间对能源利用的影响 随着运动时间延长，当肌肉中的糖原降低到一定水平时，脂肪供能百分比增加，此时有氧氧化系统的功率输出将明显降低，运动能力下降。提高肌糖原贮备对长时间耐力运动是有利的如果运动的目的是为了消耗
16、脂肪，除运动时间要长外，其运动强度也应相对较低。五、基础代谢五、基础代谢u概念：概念：人在基础状态基础状态下的能量代谢。u基础代谢率基础代谢率（basal metabolic rate, BMR）：单位时间内的基础代谢，以kcal/m2.h表示。u基础代谢率随年龄性别而异，通常男性高于女性，儿童比成人高，壮年比老年高。u正常值：正常值：与正常平均值比较相差在1015%以内。u异常变化：异常变化：甲状腺功能低下时比正常值低20%-40%；甲状腺功能亢进时比正常值高出25%-80%。清晨、清醒、静卧、空腹、室温在20-25的条件。三大供能系统是人体三大供能系统是人体处于不同活动水平上，处于不同活动
17、水平上，获氧量不同，代谢特获氧量不同，代谢特点不同而进行的紧密点不同而进行的紧密相连、不可分割的供相连、不可分割的供能系统；不同性质运能系统；不同性质运动时，机体供能的系动时，机体供能的系统主次有别，但没有统主次有别，但没有绝对的界限。绝对的界限。糖酵解糖酵解总能量总能量ATP-CPATP-CP有氧代谢有氧代谢一、运动时供能系统的相互关系第二节第二节 运动状态下的能量代谢运动状态下的能量代谢 1、运动过程中骨骼肌各供能系统同时发挥作用，肌肉可以利用所有的能源物质。 不存在一种能源物质单独供能的情况，只是时间、顺序和相对比例随运动状况而异。运动开始时，磷酸原系统首先投入供能，然后根据输出功率的要
18、求动员相应的供能系统参与能量的供应。u能量连续统一体：不同类型运动项目的能量供应途径之间，以及各供能系统之间，相互联系，形成一个能量连续释放的过程。u肌肉活动时能量供应的代谢特征ATP供能的连续性耗能与产能之间、供能途径与强度的对应性有氧代谢的基础性与无氧供能的暂时性u不同供能系统参与供能的程度，主要取决于运动强度。短时间高强度运动：主要由无氧代谢供能，如举重、跳高、跳远；u长时间中低强度：主要由糖脂肪氧化供能，如越野跑、马拉松等；u较大强度较长持续时间运动：无氧代谢和有氧代谢均参与，如400m、800m、1500m跑，球类项目等。短时间最高强度训练长时间大强度训练长时间中小强度训练ATP-C
19、P系统供能为主糖酵解供能很少糖氧化供能极少其他氧化供能几乎没有ATP-CP系统供能较少糖酵解供能为主糖氧化供能较少其他氧化供能极少ATP-CP系统供能极少糖酵解供能很少糖氧化供能为主其他氧化供能较多发展速度、速度耐力等发展有氧耐力发展爆发力、爆发速度、冲刺速度和力量耐力等图3 不同训练负荷人体内能量动员的顺序、生理生化代谢特点及对应发展的身体运动素质关系2、各供能系统的最大输出功率从磷酸原系统到脂肪有氧氧化依次递减。能源物质最大功率（mmolATP/kg.s）达到最大功率时间氧需(mmolO2/ATP)无氧代谢ATP11.21s0CP8.61s0肌糖原乳酸5.25s0有氧代谢糖CO2+H202
20、.73min0.167脂肪酸CO2+H2021.430min0.177表1 骨骼肌不同能量物质的输出功率(引自Sahlin,1986)3、各供能系统维持运动的时间从磷酸原系统到脂肪有氧氧化依次递增。以最大输出功率进行运动时，磷酸原系统仅能运动6-8s；糖酵解系统供最大强度运动30-60s，可维持2min左右；3min 以上的运动，能量需求主要依赖有氧代谢供能系统。运动时间越长，强度越小，肌肉利用脂肪酸供能的比例越大。4、有氧代谢是机能恢复的主要代谢方式 运动后能源物质的恢复及代谢产物的清除，必须依靠有氧代谢供能。 对径赛项目而言，一般随运动距离延长，有氧代谢供能在总体能量供应中的比例逐渐增多，
21、能量消耗的总量也增多。二、不同体力活动项目的能量代谢特点二、不同体力活动项目的能量代谢特点 u从现代竞技体育运动的趋势看，竞技能力越强的运动员无氧代谢（尤其是糖酵解）输出功率的能力就越大，无氧代谢参与比赛供能的比例越高。u尼曼（1988）总结了不同运动时间全力运动的强度以及有氧代谢、无氧代谢供能占的比例。该资料表明有氧、无氧供能各占一半的运动时间大概在全力运动210min。uGastin（2001）在综述了最新的研究成果后，提出有氧、无氧供能各占一半的时间是在全力运动12min，平均出现时间为75s，这对12min全力运动项目的训练指导和监控意义非常重大。1、不同时间全力运动时能量供应比例表2
22、 运动员在不同时间全力运动时能量供应比例全力运动时间35s35s2min210min1035min3590min90360min强度/%VO2max10010095100909580956070有氧代谢比例（%）52060708095无氧代谢比例（%）95804030205肌糖原消耗比例101030406080心率水平（b/min）185200190210180190170190150180血乳酸（mmol/L）1018201484（引自尼曼，1988）u无氧训练：以ATP-CP与糖酵解供能为主的训练；u有氧训练：以糖氧化供能为主的训练。u混氧训练：较长时间亚最大强度的训练（95%100%VO
23、2max强度训练210分钟），又称有氧无氧混合训练，实际上属于有氧代谢和无氧代谢几乎各占40%60%的训练。2、无氧、有氧及混氧训练3、各体育项目的代谢类型 磷酸原磷酸原 代代谢类谢类型型 磷酸原磷酸原 糖酵解糖酵解 代代谢类谢类型型 糖酵解糖酵解 代代谢类谢类型型 糖酵解糖酵解 有氧代有氧代谢谢 类类 型型 有氧代有氧代谢谢 类类 型型 磷酸原代磷酸原代谢谢糖酵解糖酵解 有氧代有氧代谢谢 无氧代无氧代谢谢 举举重、重、 投投掷掷、 跳高、跳高、 跳跳远远、 撑竿跳、短撑竿跳、短距离自行距离自行车车、高高尔尔夫、夫、100100米跑米跑 200200米跑、米跑、5050米自由泳、米自由泳、短距
24、离滑冰、短距离滑冰、篮篮球、足球、球、足球、垒垒球、摔跤、球、摔跤、柔道、体操柔道、体操等等 400400米跑、米跑、100100米游米游泳、泳、1 1公公里自行里自行车车 800800米跑、米跑、15001500米跑、米跑、200200米游米游泳、泳、400400米游泳米游泳 30003000米跑、米跑、50005000米跑、米跑、马马拉松跑、拉松跑、15001500米游泳、米游泳、越野滑雪、越野滑雪、公路自行公路自行车车、公路公路竞竞走走 4、运动训练过程中代谢规律应用的基本思路u了解运动项目特点和规律制定训练计划的前提；u了解运动项目与能量供给系统的关系制定训练方式、方法的依据。u不同运
25、动项目供能系统参与比例具有明显的项目特征，通过控制运动训练的强度和运动时间，制定符合项目特点的具体训练方法和手段，可以达到满足发展专项素质的供能系统能力。（1）案例分析：中长跑uSpencer等（1996）认为在400m、800m、1500m跑的能量系统中，无氧代谢在这三个项目中达到了最高水平，并认为如果进一步提高这些项目的运动能力，必须在保证无氧代谢供能能力训练的同时，更要注意加强有氧代谢供能能力的训练，才能提高运动成绩。（一）能量代谢特点：糖有氧代谢、糖酵解和磷酸原三种供能系统兼有的混合代谢，代谢类型随运动项目中距离的增加，逐渐从无氧供能为主的混合代谢过程向有氧供能为主的混合代谢过程过渡。
26、（二）训练原则u良好的有氧能力是中长跑运动员的基础，而速度和速度耐力水平是决定其专项运动成绩的 重要因素之一。u训练中强调在有氧耐力训练后进行有氧、无氧混合训练，最后进行磷酸原和糖酵解代谢为主的大强度训练。u20世纪八九十年代，有人用肌肉活检法测定了100m跑中40m、60m、80m、100m各跑段中肌肉ATP、CP、肌肉乳酸、pH等的变化，说明60m后糖酵解加强，供能增加。u19871992年芬兰学者Hirvonen对100m进行现场分段跑后进行肌肉活检分析，认为100m跑中ATP-CP消耗能量占53%，糖无氧酵解占44%，糖有氧氧化占3%；uLocatelli等（1995）对100m跑进行
27、了力能学分析，认为100m跑糖酵解供能为65%70%，跑后血乳酸升高和消除速率与运动成绩有密切关系。（2）案例分析：100m跑100m跑的主要供能系统有哪些，如何发展100跑供能能力的训练？发展100m跑供能能力的训练特点u过去认为发展ATP-CP系统供能能力为主的训练应该多采用10s以内的最大强度训练，该训练没有糖代谢功能参与，基本不产生乳酸。u现在的研究认为不一定如此。如100m跑，在最初的23秒内，CP是ATP再合成的最主要能量来源，但糖酵解从一开始起跑就被激活，到5s后几乎提供了使ATP再合成的绝大部分能量，表现为不同训练水平的运动员大都在起跑后56s达到最大速度，且仅把这一最高速度保持20m左右的距离，随后则不可避免的明显减速。究其原因主要是由于磷酸肌酸（CP）供能只能维持7s，此后磷酸肌酸消耗和乳酸堆积可达10mmol/L，三磷酸腺苷（ATP）再合成不能恢复到原来水平，致使肌肉活动能力下降。u现在优秀的百米运动员基本上都用150m左右的距离作为主要练习距离，主要目的是锻炼和提高糖无氧酵解供能能力。
