人体运动供能系统
2012-10-17 10:01阅读：3,645
在人体内有三大供能系统，它们是：ATP-磷酸肌酸供能系统、无氧呼吸供能系统和有氧呼吸供能系统。
（1） ATP在肌肉中的含量低，当肌肉进行剧烈运动时，供能时间仅能维持约1～3秒。
（2）之后的能量供应就要依靠ATP的再生。这时，细胞内的高能化合物磷酸肌酸的高能磷酸键水解将能量转移至ADP，生成ATP。磷酸肌酸在体内的含量也很少，只能维持几秒的能量供应。人在剧烈运动时，首先是ATP-磷酸肌酸供能系统供能，通过这个系统供能大约维持6～8秒左右的时间。
（3） 这两项之后的供能，主要依靠葡萄糖和糖元的无氧酵解所释放的能量合成ATP。无氧酵解约能维持2～3分钟时间。
（4） 由于无氧呼吸产生的乳酸易导致肌肉疲劳，所以长时间的耐力运动需要靠有氧呼吸释放的能量来合成ATP。
综上所述，短时间大强度的运动，如50米、100米短跑、跳跃、举重，主要依靠ATP-磷酸肌酸供能；长时间低强度的运动，主要靠有氧呼吸提供能量；介于二者之间的较短时间的中强度运动，如400m、800m、1500m跑，100m、200m游泳，则主要由无氧呼吸提供能量。
运动项目 总需氧量（升） 实际摄入氧量（升） 血液乳酸增加量
马拉松跑 600 589 略有增加
400米跑 16 2 显著增加
100米跑 8 0 未见增加
人在剧烈运动呼吸底物主要是糖。但在长时间剧烈运动时，如马拉松式的长跑运动，人体内贮存的糖是不够用的，在消耗完贮存的糖类物质后，就动用体内贮存脂肪和脂肪酸。
一、运动时供能系统的动用特点
(一)人体骨骼肌细胞的能量储备
(二)供能系统的输出功率
运动时代谢供能的输出功率取决于能源物质合成ATP的最大速率。
(三)供能系统的相互关系
1．运动中基本不存在一种能量物质单独供能的情况，肌肉可以利用所有能量物质，只是时间、顺序和相对比率随 运动状况而异，不是同步利用。
2．最大功率输出的顺序，由大到小依次为：磷酸原系统>糖酵解系统>糖有氧氧化>脂肪酸有氧氧化，且分别以近50％的速率依次递减。
3．当以最大输出功率运动时，各系统能维持的运动时间是：磷酸原系统供极量强度运动6—8秒；糖酵解系统供最大强度运动30—90秒，可维持2分钟以内；3分钟主要依赖有氧代谢途径。运动时间愈长强度愈小，脂肪氧化供能的比例愈大。脂肪酸是长时间运动的基本燃料。
4．由于运动后三磷酸腺苷(ATP)、磷酸肌酸(CP)的恢复及乳酸的清除，须依靠有氧代谢系统才能完成，因此有氧代谢供能是运动后机能恢复的基本代谢方式。
二、不同活动状态下供能系统的相互关系
安静时，不同强度和持续时间的运动时，骨骼肌内无氧代谢和有氧代谢供能的一般特点表现如下。
(一)安静时：
安静时，骨骼肌内能量消耗少，ATP保持高水平；氧的供应充足，肌细胞内以游离脂肪酸和葡萄糖的有氧代谢供能。线粒体内氧化脂肪酸的能力比氧化丙酮酸强，即氧化脂肪酸的能力大于糖的有氧代谢。在静息状态下，呼吸商为0．7，表明骨骼肌基本燃料是脂肪酸。
(二) 长时间低强度运动时：
在长时间低强度运动时，骨骼肌内ATP的消耗逐渐增多，ADP水平逐渐增高，NAD+还原速度加快，但仍以有氧代谢供能为主。血浆游离脂肪酸浓度明显上升，肌内脂肪酸氧化供能增强，这一现象在细胞内糖原量充足时就会发生。同时，肌糖原分解速度加快，加快的原因有两点：
（1）能量代谢加强。
(2)脂肪酸完全氧化需要糖分解的中间产物草酰乙酸协助才能实现。
在低强度运动的最初数分钟内，血乳酸浓度稍有上升，但随着运动的继续，逐渐恢复到安静时水平。
(三) 大强度运动：
随着运动强度的提高，整体对能量的要求进一步提高，但在血流量调整后，机体对能量的需求仍可由有氧代谢得到满足，即有氧代谢产能与总功率输出之间保持平衡。在这类运动中，血乳酸浓度保持在较高的水平上，说明在整体上基本依靠有氧代谢供能时，部分骨骼肌内由糖酵解合成ATP。血乳酸浓度是由运动肌细胞产生乳酸与高氧化型肌细胞或其他组织细胞内乳酸代谢之间的平衡决定的。
（四） 短时间激烈运动时：
在接近和超过最大摄氧量强度运动时，骨骼肌以无氧代谢供能。极量运动时，肌内以ATP、CP供能为主。超过10秒的运动，糖酵解供能的比例增大。随着运动时间延长，血乳酸水平始终保持上升趋势，直至运动终止。
总之，短时间激烈运动(10秒以内)基本上依赖ATP、CP储备供能；长时间低、中强度运动时，以糖和脂肪酸有氧代谢供能为主；而运动时间在10秒—10分内执行全力运动时，所有的能源储备都被动用，只是动用的燃料随时间变化而异：运动开始时，ATP、CP被动用，然后糖酵解供能，最后糖原、脂肪酸、蛋白质有氧代谢也参与供能。运动结束后的一段时间，骨骼肌等组织细胞内有氧代谢速率仍高于安静时水平，它产生的能量用于运动时消耗的能源物质的恢复，如磷酸原、糖原等。
不同强度运动时磷酸原储量的变化：（1）极量运动至力竭时，CP储量接近耗尽，达安静值的3％以下，而ATP储量不会低于安静值的60％。（2）当以75％最大摄氧量强度持续运动时达到疲劳时，CP储量可降到安静值的20％左右，ATP储量则略低于安静值。（3）当以低于60％最大摄氧量强度运动时，CP储量几乎不下降。这时，ATP合成途径主要靠糖、脂肪的有氧代谢提供。
运动训练对磷酸原系统的影响：(1)运动训练可以明显提高ATP酶的活性；(2)速度训练可以提高肌酸激酶的活性，从而提高ATP的转换速率和肌肉最大功率输出，有利于运动员提高速度素质和恢复期CP的重新合成；(3)运动训练使骨骼肌CP储量明显增多，从而提高磷酸原供能时间；(4)运动训练对骨骼肌内ATP储量影响不明显。
我了解的运动中脂肪动员与时间、强度的关系，顺提肌肉流失与恢复
（这篇东西主要是讨论有氧运动和减脂的。提前通知一下，没有兴趣的可绕道。）
看到有人问怎样才能燃烧脂肪，想到很多，干脆码一个帖子算了。这些只是我零敲碎打了解到的体系，罗列一下和大家讨论分享。虽然多数来源于正规渠道和书籍，但仍不知道组织得是否合理，望专家指正。
因为我有体会，科普的东西如果谈得粗略，应用起来极有可能失之毫厘谬之千里，甚至根本无从实际应用。此外，定性不定量也是国人科普的通病，我比较爱看科普文章，深有体会。所以我尽量写详细些，勿怪。
首先，身体在第一分钟就开始消耗血液中的脂肪酸了。
1-10分钟：血液中的脂肪酸被持续动用，但储备脂肪被动员、分解、入血的比例较少，所以血脂被快速消耗，降至最低点。
10分钟开始：储备脂肪动员增加，血液中游离脂肪酸含量增加。
30分钟左右：血液中游离脂肪酸含量达到最高点。脂肪供能比例也达到最高。此后很长一段时间都会持续这个比例，不再升高。
这个比例又因运动强度而已，高强度有氧动员脂肪较少，因为脂肪供能不太经济，浪费氧气；中等强度（标准答案是65%最大摄氧量。我查了一下摄氧量心率对照表，貌似折合70%-75%最大心率？）有氧运动的脂肪动员比例最大，可达三分之一。经过锻炼的顶级运动员，可达50%。
顺带一提，运动超过30分钟后停止，脂肪动员入血的比例并不会迅速下降，而是持续好几个小时。因此，运动超过30分钟，对身体后续燃烧脂肪也是有利的。
1-2小时后（？因人而异）：人体内储存糖元因不断耗用而趋于枯竭，没有了肝糖原的持续支援、血糖水平也开始下降，此时糖异生加强，脂肪供能比例持续上升，肌肉分解也开始（明显？）增多。据说马拉松后期，脂肪供能比例高达80%。（废话，糖元没了，只能吃脂肪和肌肉了。）
最后话说回来，虽然马拉松式的锻炼可以大量消耗脂肪，但是肌肉蛋白的流失对多数人来说是得不偿失，所以不建议有氧锻炼超1小时（因人而异。我觉得这个数据针对的是运动基础一般、营养策略一般的普通人。运动员应该能到2小时吧。当然了，除了体能因素还有运动强度的因素，你搞变速跑，间歇跑，1小时都支持不到。）
结论1：有氧运动从一开始就会消耗脂肪。但是达到和超过30分钟后，脂肪燃烧比例最高。尤其30分钟到1小时，是减肥的黄金时间。
结论2：1小时以上、甚至2小时以上的中、高强度有氧运动，是一把双刃剑，既砍脂肪，又消耗肌肉。是否要这么做，看各人理解了。我的理解是，1小时正好（对有些人、有些运动强度而言，可能是2小时）；在这之后，小超怡情，大超伤身。因为脂肪的分解永远比肌肉的分解更早更优先；似乎越到后面，肌肉分解越厉害。这和饥饿减肥是一样的：轻度饥饿、短暂饥饿还成，重度饥饿、长时间饥饿，肌肉分解速度会明显加快。不知道这个理解对不对，望专家指正，我感觉八九不离十（额，自我感觉良好。）所以我一般会运动个80分钟的样子。
一定程度上缓解或者延后肌肉分解的方法：运动前48小时直到运动前1小时，采取高碳水化合物的饮食策略，大幅提升肌糖原储备（最优方案下，肌糖原储备较平时几乎可以翻倍）；增加脂肪动员比例，延缓糖元耗尽的时间（如控制心率，避免穿插无氧运动等；服用咖啡因、茶多酚等，貌似也能增加脂肪供能比例）；运动中适量补糖（主要适合中等以上强度有氧运动、持续1小时以上的情况，否则糖元并不会耗竭）；运动前中，服用牛磺酸、支链氨基酸、谷氨酰胺（比如牛磺酸，有研究表明服用牛磺酸后，血液中肌肉分解后代谢产物的浓度降低了。这说明牛磺酸可以减少肌肉分解）。
至于国内很火的左旋肉碱，说是能增加脂肪代谢来着，但有研究称日常摄入的左旋肉碱已经很足够，除非你是素食主义者，否则不大需要额外补充。
一定程度上促进肌肉合成、从而弥补肌肉损失的方法：保持运动前、运动后都有足够的蛋白质摄入（需要是容易快速吸收的类型，个人感觉，牛奶、蛋白粉、鸡蛋白可能不错）；特殊营养物质的摄取，比如FDP、BCAA、核糖、谷氨酰胺、肌酸等。