第四章运动能量代谢

第四章运动能量代谢,2,掌握三大供能系统的供能过程以及与运动的关系熟悉能量的来源与转化熟悉三大营养物质的代谢过程了解运动时能量消耗的规律和特点,学习目标,3,学习内容,第一节物质能量代谢一、三大营养物质代谢二、能量来源与转化第二节供能系统与运动一、三大供能系统二、运动与能量补充第三节运动时能量消耗的规律和特点一、能量代谢的测定原理二、影响能量代谢的因素三、能量代谢测定,4,第一节物质能量代谢,5,新陈代谢包括物质代谢和能量代谢。人体与其周围环境间不断地进行的物质交换过程称为物质代谢。物质代谢过程中伴随发生能量的释放、转移、储存和利用称为能量代谢。,物质能量代谢,6,物质能量代谢,B,三大营养物质代谢,能量的来源与转化,7,一、三大营养物质代谢,8,一、三大营养物质代谢,（一）糖代谢1.糖的生理功能供给能量细胞结构成分调节脂肪酸代谢节约蛋白质供能,9,一、三大营养物质代谢,（一）糖代谢2.糖在体内的代谢过程糖在体内主要以两种形式存在一是以糖原的形式存在于组织细胞浆内，主要是肌糖原和肝糖原；二是以葡萄糖形式存在于血液中，即血糖。,10,一、三大营养物质代谢,（一）糖代谢2.糖在体内的代谢过程糖在体内分解供能主要有两条途径一是在有氧情况下进行有氧氧化；二是在缺氧情况下进行无氧酵解。其中有氧氧化是糖分解的最重要途径。以上两种途径，通过它们的中间产物互相联系以适应整体的需要。,11,一、三大营养物质代谢,（一）糖代谢2.糖在体内的代谢过程糖的无氧酵解：糖原或葡萄糖在机体氧供应不足的条件下（如肌激烈活动时产生缺氧情况）分解生成乳酸，并释放能量的过程，称为糖的无氧酵解。其反应在胞浆中进行。,12,一、三大营养物质代谢,糖酵解是人体在运动缺氧情况下获得能量的有效方式,13,一、三大营养物质代谢,（一）糖代谢2.糖在体内的代谢过程糖的有氧氧化：糖原或葡萄糖在有氧条件下，氧化分解成CO2和H2O，同时释放大量能量的过程称为糖的有氧氧化。此反应在胞浆和线粒体中进行。,14,一、三大营养物质代谢,糖有氧氧化,糖有氧氧化是长时间大强度运动时所需能量的主要来源,15,一、三大营养物质代谢,（一）糖代谢3.运动与糖代谢运动对肝糖原的影响运动对肌糖原的影响运动对血糖的影响,16,一、三大营养物质代谢,（二）脂肪代谢1.脂肪的生理功能氧化供能构建细胞的组成成分促进脂溶性维生素的吸收和利用保护作用,17,一、三大营养物质代谢,（二）脂肪代谢2.脂肪在体内的代谢过程脂肪可分成真脂和类脂两大类真脂是由脂肪酸和甘油构成甘油三脂（脂肪）类脂主要是磷脂和胆固醇等,18,一、三大营养物质代谢,（二）脂肪代谢2.脂肪在体内的代谢过程脂肪是机体内最重要的贮能物质，它的主要作用是氧化供能。脂肪在组织中脂肪酶的作用下水解成脂肪酸和甘油，脂肪酸和甘油再进入分解代谢。,19,一、三大营养物质代谢,（二）脂肪代谢2.脂肪在体内的代谢过程甘油代谢：甘油在细胞内先和磷酸结合生成磷酸甘油，然后经过脱氢变为磷酸丙糖，磷酸丙糖是糖代谢的中间产物，它可进一步氧化生成CO2和H2O，并释放能量。在肝脏，每分子甘油氧化生成磷酸丙糖，进入糖酵解途径，先转变成丙酮酸再经三羧酸循环彻底氧化成CO2和H2O，同时释放能量生成22分子ATP。,20,一、三大营养物质代谢,甘油代谢,21,一、三大营养物质代谢,（二）脂肪代谢2.脂肪在体内的代谢过程脂肪酸代谢：脂肪酸在体内经一系列酶的催化，与辅酶A结合生成脂酰辅酶A，然后继续氧化，在与碳原子上进行脱氢、加水、脱氢、加辅酶A等四个反应步骤进行代谢。,22,一、三大营养物质代谢,脂肪酸的氧化,23,一、三大营养物质代谢,（二）脂肪代谢3.运动与脂肪代谢在心肌和骨骼肌等组织中，脂肪酸可经氧化生成CO2和H2O，这是供能的主要形式。在肝脏，脂肪酸氧化不完全，产生中间产物乙酰乙酸、羟丁酸和丙酮，合称为酮体。酮体是长时间持续运动时的重要补充能源物质。在肝肾细胞中甘油作为非糖类物质经过糖异生途径转变为葡萄糖，对维持血糖水平起重要作用。,24,一、三大营养物质代谢,（三）蛋白质代谢1.蛋白质的生理功能氧化供能构成和修补机体组织调节机体生理功能,25,一、三大营养物质代谢,（三）蛋白质代谢2.蛋白质在体内的代谢过程人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中，即蛋白质的转换更新。成人每天约有1%2%的体内蛋白质被降解，其中主要是肌蛋白质。食物蛋白质经消化而被吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。,26,一、三大营养物质代谢,氨基酸代谢概况,血浆氨基酸是体内各组织间氨基酸转运的主要形式，更新迅速。,27,一、三大营养物质代谢,（三）蛋白质代谢3.运动与蛋白质代谢机体运动时蛋白质可提供一部分能量运动导致骨骼肌蛋白质合成增加,28,一、三大营养物质代谢,丙氨酸-葡萄糖循环,29,一、三大营养物质代谢,（四）体内糖、脂、蛋白质代谢相互联系体内糖、脂、蛋白质的代谢通过共同的中间代谢物连成整体。三者之间可以互相转变，当一种物质代谢障碍时可引起其他物质代谢的紊乱，如糖尿病由于糖代谢的障碍，可引起脂代谢、蛋白质代谢甚至水盐代谢的紊乱。,30,一、三大营养物质代谢,（四）体内糖、脂、蛋白质代谢相互联系摄入的糖量超过体内能量消耗时，即有大量的糖转变为脂肪。脂肪绝大部分不能在体内转变为糖。蛋白质可以转化为糖和脂肪，但其重要性较小。糖和脂肪的代谢中间产物可以氨基化而合成某些氨基酸，再进一步合成蛋白质。,31,二、能量来源与转化,32,二、能量来源与转化,（一）能量来源1.ATP直接能量来源ATP是糖、脂、蛋白质在生物氧化过程中合成的一种高能化合物，当ATP水解为二磷酸腺苷（ADP）及磷酸时，同时释放出能量供机体利用。ATP既是体内直接的供能物质，又是体内能量储存的重要形式。,33,二、能量来源与转化,（一）能量来源2.三大营养物质的能量转化一般认为蛋白质仅在某些特殊情况下参与供能（如长期不能进食或体力极度消耗时）。因此，ATP的生成主要在糖和脂肪的分解代谢过程中进行。糖的分解可以是有氧氧化，也可以是无氧酵解，脂肪的分解则完全是有氧氧化。这样ATP的生成就包括有氧生成和无氧生成两种类型。,34,二、能量来源与转化,（二）能量转化各种能源物质在体内氧化过程中释放的能量，50%以上转化为热能，其余部分是以化学能的形式储存于ATP等高能化合物的高能磷酸键中，供机体完成各种生理功能，如肌的收缩和舒张、神经传导等。,35,二、能量来源与转化,（三）能量平衡人体的能量平衡是指机体摄入的能量和消耗的能量之间的平衡。运动的关键效益在于调节能量平衡。体力活动和合理营养已成为当今国内外健康促进的重要措施。,36,第二节供能系统与运动,37,供能系统与运动,三大供能系统,运动与能量的补充,38,（一）磷酸原（ATP-CP）供能系统-即刻能量1.定义磷酸原供能系统是指由ATP与磷酸肌酸（CP）共同组成供能系统。当ATP分解放能后，CP立刻分解放能以补充ATP的再合成，由于这一过程十分迅速，不需要氧气也不会产生乳酸，因此，又称磷酸原系统为非乳酸能系统。,一、三大供能系统,39,（一）磷酸原（ATP-CP）供能系统即刻能量2.供能特点ATP是肌工作时的唯一直接能源。ATP在骨骼肌中储量少，在以最大强度运动时，不足维持肌做功1s。在ATP消耗的同时，CP迅速分解，把高能磷酸基团转给ADP，使ADP磷酸化合成ATP，以维持ATP浓度的相对稳定。由于ATP和CP分解供能的速度极快，所以，构成的供能系统的输出功率最大，是速度、力量项目运动时的主要供能系统。,一、三大供能系统,40,（一）磷酸原（ATP-CP）供能系统即刻能量3.供能速度由于ATP、CP在骨骼肌中储量少（后者为1520mmol/kg湿肌），供能时间短，最大强度运动时，供能约为68s。但磷酸原在运动时最早起动，最快被利用，为激活糖酵解等系统供能提供过渡时间。所以，在短时间激烈运动中，磷酸原供能系统起着非常重要的作用。,一、三大供能系统,41,（一）磷酸原（ATP-CP）供能系统即刻能量4.训练方法这一系统供能能力的强弱，主要和绝对速度有关，如果要提高50m、100m、200m等短距离跑的绝对速度，就要发展磷酸原系统的供能能力。发展这一供能系统能力的训练方法最好是采用持续10s以内的全速跑，重复进行练习，中间间歇休息30s以上。如果间歇时间短于30s，则由于磷酸原系统恢复不足，会产生乳酸积累。,一、三大供能系统,42,（一）磷酸原（ATP-CP）供能系统即刻能量5.运动与康复随着生活水平的提高，已有越来越多的人认识到运动与健康的重要性，但在运动之前如果没有进行必要的体格检查，排除相关器质性病变的存在，不遵循运动训练的科学原则，贸然进行短时间激烈的运动，就有可能导致诸如心肌梗死、猝死等心血管意外的发生。这是由于剧烈运动时，肢体血管大量扩张，而心脏冠状血管发生一过性供血不足、血管内膜出血、间质出血或粥样硬化物破裂堵塞冠状动脉，引起心肌缺氧、坏死，导致运动性猝死。,一、三大供能系统,43,（二）乳酸能（糖酵解）供能系统-短时能量1.定义糖经无氧分解生成乳酸的同时释放能量，使ADP磷酸化合成ATP，这一供能系统称为糖酵解供能系统。,一、三大供能系统,44,（二）乳酸能（糖酵解）供能系统短时能量2.供能特点在激烈运动时，由于机体缺氧，造成细胞浆中丙酮酸和NADH+H的大量堆积，在乳酸脱氢酶的催化作用下，还原生成乳酸。以最大速率糖酵解供能，一般不超过持续运动2min。糖酵解供能时间比磷酸原长，这对需要速度和速度耐力的运动十分重要，是12min大强度运动时的主要供能系统。,一、三大供能系统,45,（二）乳酸能（糖酵解）供能系统-短时能量3.供能速度由于糖酵解过程合成ATP的方式是底物水平磷酸化，合成ATP的速率较快。所以，糖酵解供能的输出功率较大，是磷酸原供能的一半。,一、三大供能系统,46,（二）乳酸能（糖酵解）供能系统-短时能量4.训练方法发展糖酵解（乳酸能）系统供能能力最适宜的手段是全速（或接近全速）跑3060s，间歇休息23min。这种手段能使血乳酸达到最高水平，能提高机体对高血乳酸的耐受能力，提高糖酵解系统的供能能力。,一、三大供能系统,47,（二）乳酸能（糖酵解）供能系统-短时能量5.运动与康复运动训练必须遵守循序渐进的原则，不可骤然加大运动量，如引体向上时猛然用力，突然加快跑速等，或者患上呼吸道感染（感冒、气管炎等）要充分恢复后才可参加剧烈的运动和比赛，以及避免在运动时剧烈咳嗽。否则，会导致自发性气胸的发生。,一、三大供能系统,48,（三）有氧代谢供能系统-长时间能量1.定义在供氧充足的条件下，糖、脂肪、蛋白质等彻底地氧化生成CO2和H2O，同时释放能量供ADP磷酸化合成ATP，这一供能系统称为有氧代谢供能系统。,一、三大供能系统,49,（三）有氧代谢供能系统-长时间能量2.供能特点限制该系统供能过程的主要因素是氧和能源物质的储量。从储能数量而言，人体脂肪储量可满足任何耐力运动。因此，有氧代谢供能系统的供能时间比较长，是长时间耐力运动时的主要供能系统。,一、三大供能系统,50,（三）有氧代谢供能系统-长时间能量3.供能速度由于糖氧化分解时所需的O2比脂肪少，氧化分解供能的速率比脂肪快，所以，糖氧化供能的输出功率比脂肪大，是脂肪的一倍。对长时间亚极量运动而言，糖的储量对运动能力有较大的影响。,一、三大供能系统,51,（三）有氧代谢供能系统-长时间能量4.运动与康复长期坚持中等强度的有氧运动，如健走、慢跑、爬山、游泳、自行车、跳舞以及太极拳等，可有效的增强心肺功能，提高机体免疫力，改善消化系统、运动系统、神经系统及泌尿系统的功能，加快机体康复的速度，使人精神愉悦，体力增强。这对于防治疾病的发生发展具有极为重要的作用。,一、三大供能系统,52,（四）运动与供能系统关系1.极量运动与亚极量运动在进行极量运动与亚极量运动时，必须启动能量输出功率最快的磷酸原供能系统。由于该系统供能可持续7.5s左右，所以首先动用CP使ATP再合成。当达到CP供能极限而运动还必须持续下去时，就会启动输出功率次之的糖酵解供能系统，表现为运动强度略有下降。,一、三大供能系统,53,（四）运动与供能系统关系2.递增负荷的力竭性运动运动开始阶段，由于运动强度小，能耗速率低，有氧氧化系统能量输出能够满足其需要，故启动有氧氧化系统（主要是糖的氧化分解）。随着运动负荷的逐渐增大，当有氧供能达到最大输出功率，仍不能满足因负荷增大而对ATP的消耗时，必然动用输出功率更大的无氧供能系统。无氧供能系统包括磷酸原系统和糖酵解系统。因磷酸原系统维持时间很短，故此时主要是糖酵解系统供能，直至力竭。,一、三大供能系统,54,（四）运动与供能系统关系3.中低强度的长时间有氧耐力运动运动前期以启动糖有氧氧化供能为主，后期随糖的消耗程度增加而逐渐过渡到以脂肪氧化供能为主。这是因为脂肪氧化耗氧量大、动员慢、能量输出小于糖有氧氧化供能等特点所造成的结果。,一、三大供能系统,55,（四）运动与供能系统关系4.安静状态人体在安静状态下，骨骼肌的能量消耗少，ATP保持高水平，氧供应充足，肌细胞内以游离脂肪酸和葡萄糖的有氧代谢进行供能。线粒体内氧化脂肪酸的能力大于糖的有氧代谢。,一、三大供能系统,56,（四）运动与供能系统关系三大供能系统是人体处于不同活动水平上，摄氧量不同，代谢特点不同，进行紧密相连，不可分割、能量连续的供能系统。因此，在选择运动方式和运动量时，必须了解各种供能代谢的特点，才能针对不同人群、根据不同目的制定出合理科学的运动处方。,一、三大供能系统,57,（一）运动与糖的补充体内糖的储存与运动种类和运动强度呈正比，当糖储存量减少时，不仅使机体耐力下降，而且也影响速度，使机体的最大输出功率下降。通常认为，在进行运动前、中、后均可补糖。,二、运动与能量补充,58,（二）运动与脂肪的补充由于脂肪不容易消化，在胃内停留的时间长，而运动中机体的消化功能常处于抑制状态，因而不提倡在训练前食用高脂肪饮食。脂肪的代谢产物蓄积会降低机体的耐力并引起疲劳，过多食用脂肪食物会降低蛋白质和铁等其它营养素的吸收率，并带入外源性的食物胆固醇，引起高脂血症。因此，当患者进行运动训练前，不主张摄取高脂肪食物，以免影响胃排空及增加肝、肾的负担。,二、运动与能量补充,59,（三）运动与蛋白质的补充蛋白质对运动能力的影响主要表现在肌质量的增加、预防运动性贫血以及身体机能调节等方面。在力量运动项目中，较高的蛋白质膳食有助于肌纤维中蛋白质的合成，使肌纤维增粗，从而提高肌的收缩力量。,二、运动与能量补充,60,第三节运动能量消耗的规律和特点,61,运动时能量消耗的规律和特点,能量代谢测定原理,影响能量代谢因素,能量代谢测定,62,（一）能量代谢的测定原理机体的能量代谢遵循能量守恒定律，即在整个能量代谢过程中，机体摄入的蕴藏于食物中的化学能与最终转化的热能和所做的外功，按能量来折算是完全相等的。测量单位时间内机体的产热量即可得到机体的能量代谢率。,一、能量代谢的测定原理,63,（二）能量代谢测定的几个基本概念1.食物的热价1克某种食物氧化时所释放的能量，称为这种食物的热价。食物的热价分为物理热价与生物热价。,一、能量代谢的测定原理,64,（二）能量代谢测定的几个基本概念2.食物的氧热价某种食物氧化时消耗1升氧所产生的热量，称为这种食物的氧热价（thermalequivalentofoxygen）。由于各种营养物质中所含的碳、氢和氧等元素的比例不同，因此，同样消耗1升氧，各种物质氧化时所释放的热量也不相同。,一、能量代谢的测定原理,65,一、能量代谢的测定原理,三大营养物质在体内氧化时的热价、氧热价和呼吸商,66,（二）能量代谢测定的几个基本概念3.呼吸商营养物质在细胞内氧化供能的过程中，需要消耗O2，并产生CO2。一定时间内机体呼出的CO2量与吸入的O2量的比值，称为呼吸商（respiratoryquotient，RQ）。由于各种营养物质氧化消耗的O2量与产生的CO2量不同，其呼吸商也不同。,一、能量代谢的测定原理,67,（一）肌活动骨骼肌的收缩与舒张都是主动耗能过程,其活动对于能量代谢的影响最为明显。由于肌活动的强度与机体耗氧量呈正比关系，因此，持续运动或劳动时的耗氧量可达安静时的1020倍。运动强度越大，单位时间内的产热量越高，所以，能量代谢水平可以反映运动强度。而且，运动停止后能量代谢仍维持在较高水平（用于偿还氧债）。,二、影响能量代谢的因素,68,二、影响能量代谢的因素,常见活动的能量消耗（kJ/（hKg）,69,（二）环境温度人体在安静状态下，环境温度为20C30C时的能量代谢较为稳定。当环境温度高于30C或低于20C时，能量代谢水平开始升高，低于10C以下，代谢率明显增加。这可能与酶的活性提高，加速体内化学反应以及寒冷刺激反射性引起肌紧张性升高有关。,二、影响能量代谢的因素,70,（三）食物的特殊动力效应进食后一段时间内（从进食后1h开始，延续到78h），机体虽然处于安静状态，但机体产热量要比进食前有所增加。目前对食物特殊动力作用的确切机制尚不清楚，可能主要与肝脏处理氨基酸或合成糖原等过程有关。,二、影响能量代谢的因素,71,（四）精神活动精神和情绪活动对能量代谢有显著影响。在人们精神高度紧张时，如恐惧、愤怒、焦虑、运动比赛前紧张、兴奋或运动后情绪激动等，可使能量代谢明显增加。其原因可能与肌紧张增强、交感神经兴奋引起儿茶酚胺大量释放等有关。但在不同精神活动状态下脑组织的能量代谢率却变化不大。,二、影响能量代谢的因素,72,（一）直接测热法直接测热法的基本原理是在隔热条件下直接收集和测量人体整个能量代谢过程中散发出的全部热量。需在严密特殊隔热环境中进行，由于所需设备复杂，操作烦琐，故其应用受到很大限制，一般主要用于科学研究。,三、能量代谢测定,73,（二）间接测热法间接测热法是实际中应用较普遍的一种方法，最常用的是气体代谢法,此法是将机体在一定时间内的呼出气收集在橡皮气囊中，用气体流量计测量出气体的量，再分析气体中O2及CO2的成分，求出呼吸商，根据不同呼吸商的氧热价计算单位时间内运动的能量消耗。也可以直接采用氧消耗量计算能量消耗。,三、能量代谢测定,74,（三）心率间接测定法该法是在采用间接测热法的同时，进行运动全过程的心率测定（可采用无线电遥测法记录心率）和能量消耗量的测定，从测出运动的能量消耗率与心率求出相关系数和回归方程式，以后则可用心率间接推算出能量消耗量。心率监测对受试者干扰小，但在实验室测试的数据与实际生活环境之间存在一定的差异，会造成一些误差，而且心率易受环境和心理因素的影响，因此在采用本方法进行能量消耗测量时，应尽可能控制有关的影响因素。,三、能量代谢测定,75,（四）公式预测法公式预测法利用人体能量消耗量与某些生理指标之间存在相关性，建立数学模型得出预测公式（常用预测公式有Harris-Benedict公式和Shizgal-Rosa公式等），多以性别、体重、身高、年龄等生理指标来预测能量消耗量。,三、能量代谢测定,76,（五）安静与运动时的能量代谢测定1.基础代谢（basalmetabolism）基础代谢是指人体在基础状态下的能量代谢。所谓基础状态为清晨、清醒、静卧、没有肌活动、测定时无精神紧张、禁食12h以上和室温2025。基础代谢率（basalmetabolismrate，BMR）是指基础状态下单位时间内的能量代谢。基础代谢率常作为评价机体能量代谢水平的指标。,三、能量代谢测定,77,（五）安静、运动时的能量代谢测定2.安静时能量代谢人体安静时,维持一定的姿势,其能量代谢水平比基础状态要高1.2倍。据对人体安静时的不同姿势测定，如躯体髋、膝关节不同角度的姿势组合时，能量消耗也不同。,三、能量代谢测定,78,（五）安静、运动时的能量代谢测定3.运动时能量代谢人体运动或劳动时，由于骨骼肌的活动，使能量代谢率增加。其大小取决于肌活动的强度和时间。肌活动强度用单位时间内的机体产热量来表示。,三、能量代谢测定,79,三、能量代谢测定,运动时能量代谢计算方法,80,（五）安静、运动时的能量代谢测定3.运动时能量代谢（4）代谢当量代谢当量（metabolicequivalent，MET），音译为“梅脱”，是指运动时能量代谢与安静时能量代谢的比值。1MET活动强度相当于健康成人坐位安静时的代谢水平，是指每公斤体重，从事1分种活动消耗3.5ml的氧，其活动强度称为1MET(1MET=3.5mlO2/（kgmin）。,三、能量代谢测定