人體運動時的能量供應與消耗

1、人體運動時的能量供應與消耗第1頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日概述任何的體育活動，都要透過肌肉收縮而得以完成，但肌肉收縮則要在能量供應充足的情況下，才能夠正常運作，所以能源可說是各項體育活動的基本要素。體育鍛煉可以改善人體內能量的儲備，從而提高運動表現(xiàn)。第2頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日 食物是肌肉活動所需能量的間接來源，在人體內經過一系列的化學反應后，食物被分解時所釋放的能量，就會被用來制造一種名為三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，簡稱ATP）的高能量化合物，并儲存于肌肉細胞之中，當ATP被分解的時候，就能夠提供能量作

2、肌肉活動之用了。第3頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日骨骼肌收縮的直接能源物質ATP運動時骨骼肌ATP利用的部位和作用肌球蛋白ATP酶消耗ATP,引起肌微絲相對滑動和肌肉收縮做功；肌質網膜上鈣泵（Ca-ATP酶）消耗ATP，轉運Ca2+,調節(jié)肌肉松弛；肌膜上鈉泵（Na,K-ATP酶）消耗ATP，轉運Na+/K+離子，調節(jié)膜電位。第4頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日三磷酸腺苷 ATP其實是由一個結構非常復雜的腺苷酸（adenosine）部分和三個相對地較為簡單的磷酸鹽（phosphate）小組所構成。當1摩爾（mole）ATP被分解的時候，就能夠產生

3、7至12千卡（kcal）的能量。第5頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日 ATP(adenosine-triphosphate)又叫三磷酸腺苷，簡稱為ATP，其結構式是：APPP。它是一種含有高能磷酸鍵的有機化合物，它的大量化學能就儲存在高能磷酸鍵中。 ATP是直接能源物質，是生命活動能量的直接來源。但本身在體內含量并不高。第6頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日ATP在肌肉內的儲存量極為有限，人體全身的肌肉內只有120至180微摩爾（mM）的ATP，或1.2至1.8千卡的能量，僅足以維持三數(shù)秒的盡最大努力活動（all-out efforts）之用。所以

4、，肌肉活動若要繼續(xù)進行下去，就得重新合成ATP了。可是，重新合成ATP原來也是要用上能量的。第7頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日ATP在肌肉內的儲存量極為有限，僅足以維持三數(shù)秒的盡最大努力活動（maximal efforts）之用；ATP在人體內是不斷地被分解及重新合成，而重新合成ATP也是需要能量。人體內就有三大供能系統(tǒng)，可以供應能量作為重新合成ATP之用；當中兩個是無氧系統(tǒng)，另外一個則是有氧系統(tǒng)。第8頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日1-磷酸原系統(tǒng) ATP和CP組成的供能系統(tǒng)。ATP以最大功率輸出供能可維持約2秒；CP以最大功率輸出供能可維持約

5、3-5倍于ATP。劇烈運動時CP含量迅速下降，但ATP變化不大。其特點是能總量少,持續(xù)時間短,功率輸出最快,不需要氧氣,不產生乳酸等物質。因此也稱為：高能磷酸化化物系統(tǒng)或ATP-CP供能系統(tǒng)、非乳酸能系統(tǒng)。短跑、跳躍、舉重只能依靠此系統(tǒng)。第9頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日2-乳酸供能系統(tǒng) 乳酸供能系統(tǒng)是指糖原或葡萄糖在細胞漿內無氧分解生成乳酸過程中,再合成ATP的能量系統(tǒng)。其最大供能速率或輸出功率為29.3 Jkg-1s-1,供能持續(xù)時間為33s左右。由于最終產物是乳酸,故稱乳酸能系統(tǒng)。產能過程類似釀酒發(fā)酵，故也稱為：糖酵解供能系統(tǒng)或無氧酵解供能系統(tǒng)。第10頁，共23

6、頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日3-有氧氧化供能系統(tǒng) 有氧氧化系統(tǒng)是指糖、脂肪和蛋白質在細胞內徹底氧化成水和二氧化碳的過程中,再合成ATP的能量系統(tǒng)。 從理論上分析,體內貯存的有氧氧化燃料,特別是脂肪是不會耗盡的,故該系統(tǒng)供能的最大容量可認為無限大。其特點是ATP生成總量很大,但速率很慢,需要氧的參與,不產生乳酸類的副產品。據(jù)計算,該系統(tǒng)的最大供能速率或輸出功率為15 Jkg-1s-1,該系統(tǒng)是進行長時間耐力活動的物質基礎。第11頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日 人體運動時的供能系統(tǒng)，依其運動項目的特點暨運動強度和運動持續(xù)時間的不同可分為1ATPCP（磷酸

7、原）系統(tǒng)、2無氧糖酵解（乳酸）系統(tǒng)和3有氧氧化系統(tǒng)。第12頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日一、安靜及休息時的能量來源人體處于安靜或休息的狀態(tài)時，因為心肺系統(tǒng)能夠供應充足的氧氣給肌肉細胞使用，所以能量主要是由有氧系統(tǒng)提供，大約有三分之二的能量是來自脂肪的代謝，另外的三分之一則是來自碳水化合物，而蛋白質的貢獻只是微乎其微。第13頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日 原則上大部分的運動項目皆可被歸納為兩個類別：（1）時間短而強度大的運動，和（2）時間長而強度較小的運動。當然，還有其他的一些項目是未能歸入這兩個類別之中。第14頁，共23頁，2022年，5月2

8、0日，9點58分，星期日二、時間短、強度大項目任何只可以維持2-8秒的運動項目，如100米、200米、400米短跑及舉重、50游泳等，均可被視為時間短而強度大的項目。碳水化合物是主要的燃料，脂肪次之，蛋白質再次是微乎其微。由于單靠有氧系統(tǒng)是無法迅速供應足夠能量作這類活動之用，經常要求到機體在氧氣短缺（oxygen deficit）的情況下提供能量作肌肉活動之用，所以無氧系統(tǒng)（包括ATP-CP系統(tǒng)及乳酸系統(tǒng)）是這類項目的主要供能系統(tǒng)。第15頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日第16頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日第17頁，共23頁，2022年，5月20

9、日，9點58分，星期日第18頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日 對于時間極短而強度非常大的項目而言，ATP-CP系統(tǒng)是主要的供能系統(tǒng)。 對于要持續(xù)時間8秒鐘以上才完成的項目，乳酸系統(tǒng)會逐漸取代ATP-CP系統(tǒng)而成為主要的供能系統(tǒng)。不過，在乳酸濃度不斷提高的情況下（無氧糖酵解活動的結果），活動亦只得停止下來或改以較低的強度繼續(xù)進行。第19頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日三、時間長、強度小項目任何可以維持10分鐘或以上的運動項目，都可以被歸納于這個類別之中。有氧系統(tǒng)是這類活動的主要供能系統(tǒng)，碳水化合物和脂肪都是主要的供能系統(tǒng)。20分鐘以內的運動項目主要

10、以碳水化合物作為燃料，當運動持續(xù)下去（如30分鐘或以上），碳水化合物（糖元）的儲備明顯下降時，脂肪便會逐漸取而代之成為有氧系統(tǒng)的主要燃料。第20頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日時間再長的項目如馬拉松長跑，運動員于比賽完結時血液內乳酸的濃度往往只是安靜時的2至3倍。對于這類運動員來說，導致疲累的原因包括：（1）肝糖耗盡以致血糖濃度下降，（2）肌糖耗盡而出現(xiàn)局部的肌肉疲勞，（3）水分和電解質流失導致體溫上升，及（4）心理上感到沉悶等第21頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日四、其他項目除了時間短、強度大和時間長、強度小的項目外，還有一些運動項目是介乎于兩

11、者之間的，這類項目的特點，就是需要到有氧系統(tǒng)及無氧系統(tǒng)的同時或交替運作。就以1500米及3000米跑為例，在活動的加速及沖刺階段，無氧系統(tǒng)是主要的供能系統(tǒng)。另一方面，在活動的中段或穩(wěn)定狀態(tài)階段，能量則主要由有氧系統(tǒng)供給。其實，不單止是徑賽項目如此，其他的運動項目如游泳、自行車，甚至是球類活動等，都有類似的情況出現(xiàn)。第22頁，共23頁，2022年，5月20日，9點58分，星期日總 結其實，供能系統(tǒng)的主導地位，主要是根據(jù)運動項目實際進行時的速度和時間而定。運動進行時的速度越高，強度通常也越大，能夠維持的時間亦越短。因為機體沒有足夠的氧氣補給，亦沒有充足的時間過渡至穩(wěn)定狀態(tài)，所以能量只有靠無氧系統(tǒng)供給。速度越高，強度越大，ATP-CP系統(tǒng)在提供能量上越加重要。