人体三大功能系统

人体内的三大供能系统

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100米短跑，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400米跑，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600589略有增加

400米跑162显著增加

100米跑80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7

5％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AT

P储量影响不明显。

运动时的生理（能量的供应）

1．人体的肌纤维收缩后，其内的ADP生成ATP所需的能量主要来源于（）

A．肌糖元B．磷酸肌酸C．葡萄糖D．脂肪

2．运动员在长跑过程中，肌细胞中葡萄糖氧化分解所释放的能量大部分用于（）A．产生热能B．转存ATPC．合成糖元D．肌肉收缩

3．人体剧烈运动时，肌肉细胞呼吸作用的产物有（）

A．CO2、酒精、水、ATPB．CO2、乳酸、ATP

C．CO2、H2O、乳酸D．H2O、CO2、乳酸、ATP

4．通过生理测定，在长时间的剧烈运动过程中，骨骼肌细胞中ATP含量仅能维持3秒钟，3秒钟后，肌肉消耗的能量来自于ATP的再生，此时ATP再生的途径是（）

A．有氧呼吸B．无氧呼吸C．磷酸肌酸高能键的转移D．三项都是

5．当人体在剧烈运动时，合成ATP的能量来源于（）

①无氧呼吸②有氧呼吸③磷酸肌酸

A．只有①B．只有②C．只有③D．①②③

6．运动员在进行不同项目运动

时，机体供能方式不同。对三种运动项目的机体需氧量、实际摄入氧量和血液中乳酸增运动项目

总需氧量

（升）

实际摄入氧量

（升）

血液乳酸

增加量马拉松跑600589略有增加

加量进行测定，结果如右表所

示。则根据该表格分析马拉松

400米跑162显著增加跑、400米跑、100米跑运动

100米跑80未见增加过程中机体的主要供能方式分别是（）