第1章肌肉活动的能量供应

1、第一章第一章 运动的能量代谢运动的能量代谢 一、能量的直接来源一、能量的直接来源ATPATP （一）（一）ATPATP的分解放能的分解放能 （二）（二）ATPATP的再合成吸能的再合成吸能 （三）（三）ATPATP的分解与再合成的关系的分解与再合成的关系（一）（一）ATPATP的分解放能的分解放能 ATPATP由腺嘌呤核苷酸再加上三个磷酸衍生而来，由腺嘌呤核苷酸再加上三个磷酸衍生而来，后面的两个磷酸之间的键称为高能磷酸键，可以贮后面的两个磷酸之间的键称为高能磷酸键，可以贮存或释放能量。存或释放能量。 ATPATP的分解放能，实际上是被酶断开末端高能磷的分解放能，实际上是被酶断开末端高能磷酸键，

2、即：酸键，即： ATP ADP+PiATP ADP+Pi+ +能能 肌肉收缩就是利用肌细胞内肌肉收缩就是利用肌细胞内ATPATP分解释放的能分解释放的能量供肌肉收缩克服阻力来做功，以实现化学能向量供肌肉收缩克服阻力来做功，以实现化学能向机械能的转化。目前肯定的是，这种能量转化的机械能的转化。目前肯定的是，这种能量转化的部位就在肌球蛋白横桥与肌动蛋白的结合位点。部位就在肌球蛋白横桥与肌动蛋白的结合位点。ATP酶( (二二) ATP) ATP的合成过程：的合成过程： 机体活动一开始，机体活动一开始，ATPATP迅速分解，由于迅速分解，由于ATPATP贮量贮量有有限，限， 磷酸肌酸磷酸肌酸CPCP便

3、迅速分解补充便迅速分解补充ATPATP： CP+ADP C+ATPCP+ADP C+ATP CP CP贮量贮量也有限也有限， 三大能源物质的分解供能合成三大能源物质的分解供能合成ATP ATP ： 糖糖 脂肪脂肪 能量能量+ADP+Pi+O+ADP+Pi+O2 2 CO CO2 2+H+H2 2O +ATPO +ATP 蛋白质蛋白质 （三）叶绿体和线粒体是高等生物细胞主要（三）叶绿体和线粒体是高等生物细胞主要的能量转换器的能量转换器 叶绿体和线粒体都能高效地将能量转换为各种生叶绿体和线粒体都能高效地将能量转换为各种生命活动的直接能源三磷酸腺苷（命活动的直接能源三磷酸腺苷（ATPATP），），A

4、TPATP也是也是细胞内能量的获得、转换、储存和利用等环节的细胞内能量的获得、转换、储存和利用等环节的联系纽带。联系纽带。在线粒体内在线粒体内转换为各种转换为各种生命活动的生命活动的直接能源直接能源ATP糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质 食物消化与吸收的过程食物消化与吸收的过程ATPATP的生成过程的生成过程 二、生命活动的能量来源，食物的消化与二、生命活动的能量来源，食物的消化与吸收过程吸收过程 能量的间接来源糖、脂肪和蛋白质能量的间接来源糖、脂肪和蛋白质 （一（一) ) 营养物质的消化与吸收营养物质的消化与吸收 （二）糖代谢（二）糖代谢 （三）脂肪代谢（三）脂肪代谢 （四）蛋白质代谢（四）蛋白质代

5、谢物理性消化物理性消化化学性消化化学性消化依靠消化管肌肉的收缩依靠消化管肌肉的收缩依靠各种消化酶的分解依靠各种消化酶的分解消化消化吸收吸收是指食物中的某些成分或消化后的产物通过上皮细胞是指食物中的某些成分或消化后的产物通过上皮细胞进入血液或淋巴进入血液或淋巴的过程。的过程。物理过程物理过程生理过程生理过程依靠扩散、滤过、渗透等依靠扩散、滤过、渗透等依靠细胞膜上载体的作用依靠细胞膜上载体的作用吸收吸收口腔内消化口腔内消化 食物在口腔内主要依靠食物在口腔内主要依靠咀嚼运动被磨碎，并与咀嚼运动被磨碎，并与唾液充分混合形成食团。唾液充分混合形成食团。唾液中含有少量淀粉酶唾液中含有少量淀粉酶可对淀粉进行

6、初步消化。可对淀粉进行初步消化。淀粉淀粉麦芽糖麦芽糖唾液淀粉酶唾液淀粉酶胃内消化胃内消化 食物在胃内借胃壁肌肉运食物在胃内借胃壁肌肉运动与胃液混合，继续进行动与胃液混合，继续进行机械性消化和化学性消化。机械性消化和化学性消化。 胃内起化学性消化作用的胃内起化学性消化作用的是胃液中的是胃液中的盐酸盐酸和和胃蛋白胃蛋白酶酶。其中盐酸为胃蛋白酶。其中盐酸为胃蛋白酶提供酸性环境提供酸性环境并能引起促并能引起促胰液素的分泌。胃蛋白酶胰液素的分泌。胃蛋白酶可将蛋白质可将蛋白质水解水解成更小分成更小分子多肽。子多肽。消化液消化液 分泌量（分泌量（ml/dml/d） PHPH值值 主要消化酶主要消化酶 消化作

7、用消化作用1.唾液唾液 1000-1500 6.6-7.1 唾液唾液淀粉酶淀粉酶 淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖 2.胃液胃液 1500-2500 0.9-1.5 胃胃蛋白酶蛋白酶 蛋白质蛋白质 胨、胨、shi 3.小肠液小肠液 1000-3000 7.6 肠肠淀粉酶淀粉酶 淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖 肠肠麦芽糖酶麦芽糖酶 麦芽糖麦芽糖 葡萄糖葡萄糖 肠脂肪酶肠脂肪酶 脂肪脂肪 甘油、脂肪酸甘油、脂肪酸 肠肠肽酶肽酶 多肽多肽 氨基酸氨基酸4.胰液胰液 1000-1500 7.8-8.4 胰胰淀粉酶淀粉酶 淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖 糖糖 胰脂肪酶胰脂肪酶 脂肪脂肪 甘油、脂肪酸甘油、脂肪酸 胰胰蛋白酶蛋白酶

8、 蛋白质蛋白质 多肽、氨基酸多肽、氨基酸5.胆汁胆汁 800-1000 6.8-7.4 ？ 乳化脂肪乳化脂肪表表1 1 各种消化液的分泌量和主要消化作用各种消化液的分泌量和主要消化作用口腔和食管口腔和食管胃胃小肠小肠大肠大肠基本不吸收基本不吸收只吸收酒精和少量水分只吸收酒精和少量水分绝大部分营养物质在此吸收，绝大部分营养物质在此吸收，是物质吸收的主要部位是物质吸收的主要部位吸收盐类和剩余水分吸收盐类和剩余水分1.1.运动运动骨骼肌血流增加骨骼肌血流增加胃肠道血流减少胃肠道血流减少消化腺分泌减弱消化腺分泌减弱胃肠运动减弱胃肠运动减弱1.1.糖的生物学功能糖的生物学功能 供给能量供给能量机体机体6

9、0%60%的能量由糖提供的能量由糖提供; ;最最主要的生理功能。主要的生理功能。 细胞结构成分；细胞结构成分； 调节脂肪酸代谢；调节脂肪酸代谢； 节约蛋白质供能。节约蛋白质供能。肝糖原肝糖原组织氧化组织氧化COCO2 2+H+H2 2O O肌糖原肌糖原 乳酸乳酸 COCO2 2+H+H2 2O O葡萄糖小肠小肠血液血液葡萄糖葡萄糖80-120mg/100ml80-120mg/100ml乳酸乳酸肝肝肌肉肌肉(1)(1)糖酵解糖酵解(2)(2)有氧氧化有氧氧化无无氧氧酵酵解解有有氧氧氧氧化化糖的分解代谢糖的分解代谢1.1.脂肪代谢的生物学功能脂肪代谢的生物学功能 氧化供能氧化供能是机体内能量贮存库

10、。是机体内能量贮存库。 构建细胞的组成成分；构建细胞的组成成分； 促进脂溶性维生素的吸收与利用；促进脂溶性维生素的吸收与利用； 对机体的保护作用。对机体的保护作用。磷酸甘油脂磷酸甘油脂糖异生糖异生脂肪小肠小肠血液血液肝肝肌肉肌肉甘油甘油 + 脂肪酸脂肪酸- -氧化氧化 乙酰辅酶乙酰辅酶A A 三羧酸循环三羧酸循环 ATPATP脂肪脂肪脂肪组织脂肪组织能量释放能量摄入能量消耗能量储存食物食物做功做功产热产热脂肪脂肪1.1.蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能 构成和修补机体组织，主要用于合成细胞成构成和修补机体组织，主要用于合成细胞成分以实现自我更新，也用于合成酶、激素等分以实现自我更新，也用于

11、合成酶、激素等生物活性物质。生物活性物质。 调节机体生理功能；调节机体生理功能； 氧化供能（参与供能的氨基酸只有氧化供能（参与供能的氨基酸只有6 6种）。种）。蛋白质血液血液肝肝肌肉肌肉 氨基酸氨基酸 相应的相应的酮酸酮酸 +氨基氨基 乙酰辅酶乙酰辅酶A 三羧酸循环三羧酸循环 ATP组织蛋白质脱氨基脱氨基氨基氨基尿素尿素肾尿小肠小肠蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸氨基转移氨基转移或脱氨基或脱氨基乙酰辅酶乙酰辅酶A丙酮酸丙酮酸3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖脂肪脂肪甘油甘油+脂肪酸脂肪酸 氧化氧化草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸 酮戊二酮戊二酸酸乳酸乳酸糖原糖原ATPATPATP

12、ATPATP1. 1. 磷酸原系统（磷酸原系统（ATPATP、CPCP）2. 2. 乳酸能系统（糖）乳酸能系统（糖）3. 3. 有氧氧化系统（糖，脂肪，蛋白质）：有氧氧化系统（糖，脂肪，蛋白质）： 概念：指概念：指ATPATP和磷酸肌酸（和磷酸肌酸（CPCP）组成的系统，由于二者的化）组成的系统，由于二者的化学结构都属于高能磷酸化合物，故称为磷酸原系统。学结构都属于高能磷酸化合物，故称为磷酸原系统。 供能特点：供能总量少，持续时间短，功率输出最快，不需供能特点：供能总量少，持续时间短，功率输出最快，不需要氧，不产生乳酸。要氧，不产生乳酸。 主要供能项目：主要供能项目：6-86-8秒时长的运动项

13、目，高功率输出项目，秒时长的运动项目，高功率输出项目，如短跑、投掷、跳跃、举重等运动项目。如短跑、投掷、跳跃、举重等运动项目。概念：乳酸能系统是指糖原或葡萄糖在细胞浆内无氧分解生成概念：乳酸能系统是指糖原或葡萄糖在细胞浆内无氧分解生成乳酸过程中（又称酵解），再合成乳酸过程中（又称酵解），再合成ATPATP的能量系统。的能量系统。供能特点：供能总量较多，持续时间较短，功率输出较大，不供能特点：供能总量较多，持续时间较短，功率输出较大，不需要氧，生成乳酸。需要氧，生成乳酸。主要供能项目：主要供能项目：1 1分钟高功率输出项目，如分钟高功率输出项目，如400400米跑、米跑、100100米游泳米游泳

14、等。等。概念：指糖、脂肪和蛋白质在细胞内彻底氧化释放能量再合成概念：指糖、脂肪和蛋白质在细胞内彻底氧化释放能量再合成ATPATP的能量供应系统。的能量供应系统。供能特点：供能特点：ATPATP生成总量最大，供能速率最低，持续时间最长，生成总量最大，供能速率最低，持续时间最长，需氧的参与，在线粒体内完成，不产生乳酸。需氧的参与，在线粒体内完成，不产生乳酸。主要供能项目：中长跑、长时间中等强度运动主要供能项目：中长跑、长时间中等强度运动 磷酸原供能系统磷酸原供能系统ATPATP供应问题最低，但能提供最大供应问题最低，但能提供最大的的APTAPT合成效率；有氧氧化虽然提供合成效率；有氧氧化虽然提供A

15、PTAPT总量最多，总量最多，但但ATPATP合成效率最低；糖酵解系统介于二者之间。合成效率最低；糖酵解系统介于二者之间。 肌肉组织肌肉组织ATPATP供应量供应量 APTAPT最大合成效率最大合成效率 (mmol.kg(mmol.kg-1-1) (mmol.kg) (mmol.kg-1-1.s.s-1-1) )CP ATP+C 15CP ATP+C 1520 1.620 1.63.03.0糖原（葡萄糖）糖原（葡萄糖） 乳酸乳酸 240 1.0240 1.0糖原（葡萄糖）糖原（葡萄糖） COCO2 2+H+H2 20 3000 0.50 3000 0.5脂肪酸脂肪酸 COCO2 2+H+H2

16、20 0 不受限制不受限制 0.240.24 机体能源来源于体内物质的分解氧化，其释放的能机体能源来源于体内物质的分解氧化，其释放的能量除经量除经ATPATP提供给组织细胞完成各种活动外，其余提供给组织细胞完成各种活动外，其余部分主要转化为热能。部分主要转化为热能。O2糖类、脂肪、蛋白质糖类、脂肪、蛋白质CO2、H2O等代谢尾产物等代谢尾产物生物氧化生物氧化能量能量热能热能ATPADPPiPi热能热能机械功机械功储备能储备能肌肉收缩肌肉收缩神经传导神经传导合成代谢合成代谢其他其他 基础代谢或称基础代谢率是指人在基础状态下的基础代谢或称基础代谢率是指人在基础状态下的能量代谢，所谓基础状态是指人在

17、清醒、空腹、能量代谢，所谓基础状态是指人在清醒、空腹、无肌肉和紧张的思维活动、环境温度适宜的状态。无肌肉和紧张的思维活动、环境温度适宜的状态。基础代谢率基础代谢率(BMR)(BMR)以每小时，每平方米体表面积的以每小时，每平方米体表面积的产热量产热量(kJ/ m2(kJ/ m2h)h)来表示。来表示。 基础代谢率之所以采用单位体表面积为标准进行基础代谢率之所以采用单位体表面积为标准进行比较，是因为研究结果表明，机体代谢率的高低比较，是因为研究结果表明，机体代谢率的高低同体重有关，但并不成比例关系。而与体表面积同体重有关，但并不成比例关系。而与体表面积成正比。成正比。 人的体表面积可按下列公式计

18、算：人的体表面积可按下列公式计算： 体表面积体表面积(m2)(m2)0.00610.0061身高身高(cm)(cm)十十0.01280.0128体重体重(kg)-(kg)- 0.15290.1529 为了更适合我国人民体格发育情况，建议采用赵松山为了更适合我国人民体格发育情况，建议采用赵松山等人等人19841984年发表的体表面积方程：年发表的体表面积方程： 体表面积体表面积(m2)(m2)0.006070.00607身高身高(cm)(cm)十十0.01270.0127体重体重(kg)(kg)一一0 006980698 基础代谢率随性别、年龄而异，通常男子的基础代谢基础代谢率随性别、年龄而异，

19、通常男子的基础代谢率比女子高，儿童比成年高，老年较壮年低。率比女子高，儿童比成年高，老年较壮年低。我国人基础我国人基础代谢的水平见表代谢的水平见表9 93 3。凡基础代谢率在正常值士。凡基础代谢率在正常值士1010一一1515之内的都属正常，大于或小于之内的都属正常，大于或小于2020时，需作进一步检查。时，需作进一步检查。 运动员的基础代谢率与常人相似。但由于运动员运动员的基础代谢率与常人相似。但由于运动员的总热能消注，括号内以的总热能消注，括号内以kcal/m2hkcal/m2h为单位表示。为单位表示。耗量比一般人高，因此基础代谢占总热能消耗的耗量比一般人高，因此基础代谢占总热能消耗的百分

20、比减少。骨骼肌活动对代谢率的影响最显著，百分比减少。骨骼肌活动对代谢率的影响最显著，但经过一夜的睡眠休息，次日清晨的基础代谢应但经过一夜的睡眠休息，次日清晨的基础代谢应该是较恒定的。该是较恒定的。 若高于平日而又无其它原因可解释时，可能是前若高于平日而又无其它原因可解释时，可能是前一天的运动量过大，身体还未完全恢复。所以基一天的运动量过大，身体还未完全恢复。所以基础代谢率还可作为评定运动员恢复与否的一项参础代谢率还可作为评定运动员恢复与否的一项参考指标。考指标。一、能量代谢对急性运动的反应一、能量代谢对急性运动的反应（一）急性运动时的无氧代谢（一）急性运动时的无氧代谢1 1）无氧练习分类）无氧

21、练习分类 1 1极量强度的无氧练习极量强度的无氧练习 在这类练习中无氧供能占总能在这类练习中无氧供能占总能需量的需量的9090100100，其中主要是磷酸原系统供能，长，其中主要是磷酸原系统供能，长运动时间仅几秒钟，包括运动时间仅几秒钟，包括100m100m跑、短距离赛场自行车跑、短距离赛场自行车赛，赛，50m50m游泳和游泳和50m50m潜泳等。潜泳等。 2 2、近极量强度的无氧练习、近极量强度的无氧练习 在这类练习中无氧供能占在这类练习中无氧供能占总能需量的总能需量的75758585，其中一部分靠磷酸原系统，大，其中一部分靠磷酸原系统，大部分靠乳酸能系统供应。最长运动时间为部分靠乳酸能系统

22、供应。最长运动时间为202030s30s，属于这类练习的项目有属于这类练习的项目有200200400m400m跑，跑，l00ml00m游泳和游泳和500m500m速滑等。速滑等。 3 3、亚极量强度的无氧、亚极量强度的无氧( (无氧有氧强度无氧有氧强度) )练习练习 在这类练在这类练习中，无氧供能占总能需量的习中，无氧供能占总能需量的6060一一7070，主要靠乳酸能，主要靠乳酸能系统供能，最长运动时间为系统供能，最长运动时间为1 12min2min。该练习到达终点。该练习到达终点时，氧运输系统功能可以接近或达到最大值。属于这类时，氧运输系统功能可以接近或达到最大值。属于这类练习的项目有练习的

23、项目有800m800m跑，跑，200m200m游泳，游泳，1000m1000m和和1500m1500m速滑和速滑和lkmlkm赛场自行车赛。赛场自行车赛。 2 2）无氧代谢时的能量供应特点）无氧代谢时的能量供应特点 肌肉细胞首先在大约肌肉细胞首先在大约3 3秒钟内耗尽细胞周围浮游的秒钟内耗尽细胞周围浮游的ATPATP。 然后磷酸肌酸系统参与进来，供能然后磷酸肌酸系统参与进来，供能8-108-10秒钟。这是百米秒钟。这是百米短跑选手或举重者所用的主要能量系统，这两种运动者短跑选手或举重者所用的主要能量系统，这两种运动者需要迅速加速，运动所持续的时间很短。需要迅速加速，运动所持续的时间很短。 如果

24、运动持续更长时间，糖原如果运动持续更长时间，糖原- -乳酸系统就参与进来。乳酸系统就参与进来。短距离运动比如短距离运动比如200200米或米或400400米以及米以及100100米游泳就是如此。米游泳就是如此。1 1）有氧代谢运动分类）有氧代谢运动分类1 1极量强度的有氧练习极量强度的有氧练习 能量供应有氧成分约占能量供应有氧成分约占606070%70%，其余为乳酸能成分。，其余为乳酸能成分。两种供能成分的能源主要是肌糖元。属于这类练习的项目有两种供能成分的能源主要是肌糖元。属于这类练习的项目有1500m1500m和和3000m3000m跑，跑，3000m3000m一一5000m5000m速滑

25、，速滑，400m400m；和；和800m800m游泳、游泳、4kin4kin赛场自行车赛和赛艇等。赛场自行车赛和赛艇等。2 2、近极量强度的有氧练习、近极量强度的有氧练习 有氧供能占总能需量的有氧供能占总能需量的90-96%90-96%，其中以肌糖元有氧氧，其中以肌糖元有氧氧化为主，练习时间可达化为主，练习时间可达30rain30rain。属于这类练习的项目有。属于这类练习的项目有5000m5000m和和10000m10000m跑、跑、1500m1500m游泳、游泳、15km15km滑雪和滑雪和10000m10000m速滑等。速滑等。3 3、亚极量强度的有氧练习、亚极量强度的有氧练习 全部能量

26、的全部能量的9090以上是有氧氧化供能，肌糖元，血以上是有氧氧化供能，肌糖元，血糖和工作肌的脂肪是主要能源物质。练习持续时间可达两小时。属于这类练糖和工作肌的脂肪是主要能源物质。练习持续时间可达两小时。属于这类练习的项目有习的项目有30km30km和和30km30km以上以上( (包括马拉松跑包括马拉松跑) )的跑，的跑，202050kin50kin滑雪和滑雪和20km20km竞走竞走等。等。4 4、中等强度的有氧练习、中等强度的有氧练习 几乎全部为有氧氧化供能。工作肌和血液中的脂肪是几乎全部为有氧氧化供能。工作肌和血液中的脂肪是主要能源物质，练习的最长时间可达几小时。主要能源物质，练习的最长

27、时间可达几小时。50km50km竞走和竞走和50km50km以上距离的滑以上距离的滑雪属于这类练习。雪属于这类练习。5 5、小强度有氧练习、小强度有氧练习 全部为有氧氧化供能，主要能源为脂肪，最长练习时间可全部为有氧氧化供能，主要能源为脂肪，最长练习时间可达数小时。日常生活达数小时。日常生活( (走步走步) )、群体活动和医疗体育等均属这类练习。、群体活动和医疗体育等均属这类练习。 2 2）有氧运动的代谢供能特点：）有氧运动的代谢供能特点： 如果运动持续时间特别长，有氧呼吸就会取代上述系如果运动持续时间特别长，有氧呼吸就会取代上述系统进行供能。在统进行供能。在 800800米、马拉松、划船、越

28、野滑雪和长距米、马拉松、划船、越野滑雪和长距离轮滑等耐力运动中，会发生有氧呼吸。有氧代谢时，仅离轮滑等耐力运动中，会发生有氧呼吸。有氧代谢时，仅从糖代谢的角度看，从糖代谢的角度看，ATPATP产量是无氧代谢时的产量是无氧代谢时的20-3020-30倍。倍。图图1 11212分别为铁人三项和场地自行车运动员在分别为铁人三项和场地自行车运动员在9090 s s自行车全力冲刺自行车全力冲刺运动中运动中3 3种能量代谢系统的动力学变化。运动员在种能量代谢系统的动力学变化。运动员在5 51010 s s达到最大功达到最大功率输出，随后运动阻力逐渐降低，直至运动结束。两名运动员的率输出，随后运动阻力逐渐降低，直至运动结束。两名运动员的ATPATPCPCP系统在运动系统在运动1 12 2 s s达到峰值，随即在达到峰值，随即在1010 s s内降低内降低75758585，并继续参与供能至运动并继续参与供能至运动2020 s s。糖酵解供能系统的。糖酵解供能系统的ATPATP合成速率在合成速率在5 5 s s时时达到峰值并维持数秒钟。而有氧代谢则在运动达到峰值并维持数秒钟。而有氧代谢则在运动3030 s s时即可占据能量供时即可占据能量供应的主导地位。应的主导地位。（一）肌肉活动时能量供