运动中的能量代谢

运动中的能量代谢

2001年高考理科综合卷中有这样一道选择题：

运动员在进行不同项目运动时，机体供能方式不同，对3种运动项目的机体总需氧量、实际摄入氧量和血液中乳酸增加量进行测定，结果如下：

根据以上资料分析马拉松跑、400m跑、100m跑运动过程中机体的主要供能方式分别是（）

A.有氧呼吸、无氧呼吸、磷酸肌酸分解

B.无氧呼吸、有氧呼吸、磷酸肌酸分解

C.有氧呼吸、无氧呼吸、无氧呼吸

D.有氧呼吸、磷酸肌酸分解、无氧呼吸

这是一道信息给予题，经过分析推理，答案并不难得出，选A。但从知识角度讲，暴露了一些问题，有些教师自己都弄不清这道题的关键，学生在考后说该题所给出的信息与老师课上讲的不一样。结合这几年的高三生物教学，我深深感到第二章新陈代谢中的能量代谢一直是教学的重点和难点，学生在理解和应用上存在较大问题，尤其是对人体运动时的能量代谢模糊不清。教材上只是提到磷酸肌酸和无氧呼吸，并没有清晰地阐述这个问题，学生经常会问我：“各种不同的运动，能量供应方式相同吗?如果不同，又是怎样的情况呢?有何规律?”所以我认为有必要对运动中的能量代谢作一研究，下文着重阐述两方面的问题，与广大生物教师商榷。

1人体运动时的能量供应与能量消耗

人体运动时，能量消耗明显增加，增加的情况决定于运动强度和持续的时间。人体活动的直接能源来源于三磷酸腺苷（A TP）的分解，如神经传导兴奋时的离子转运，腺体的分泌活动，消化道的消化吸收，肾小管的重吸收，肌肉收缩等。而最终的能量来源于糖、脂肪和蛋白质的氧化分解，氧化分解释放的能量供A TP的重新合成。

在各种运动中所需的A TP分别由3种不同的能源系统供给：（1）高能磷酸化物系统（ATP—CP）；（2）乳酸系统（无氧酵解系统）；（3）有氧系统。3种能源系统的一般特点与运动的关系，如表1所示：表1能源系统的一般特点

从事不同的运动项目时，ATP重新合成的能量来源途径不尽相同。例如，在从事时间短、强度大的运动如100m跑时，ATP的再合成主要由磷酸肌酸（CP）的分解来提供；从事时间长、强度小的马拉松跑时，能量几乎全部由有氧代谢系统供给；介于上述二者之间的运动项目，如400m、800m、1500m跑时，则需无氧代谢与有氧代谢混合供给能量（图1），这两种供能方式都很重要。

根据肌体的供氧情况，糖的氧化分解有两种方式：（1）当氧供应充足时，来自糖（或脂肪）的有氧氧化。（2）当氧供应不足时，即来自糖的酵解，生成乳酸。乳酸在最后供氧充足时，一部分继续氧化，释放的能量使其余部分再合成肝糖元。所以肌肉收缩的最终能量来自物质（糖、脂肪）的有氧氧化。

运动时，人体以何种方式供能，取决于需氧量和摄氧量的相互关系，当摄氧量能满足需要时，肌体即以有氧代谢供能，当摄氧量不能满足需氧量时，其不足部分即依靠无氧氧化供能，这样将造成体内的氧亏负，称为氧债。运动时的需氧量取决于运动强度，强度越大，需氧量越大，无氧代谢供能的比例也越大。

表2不同距离跑的有氧代谢和无氧代谢各占的比例

2 有氧氧化供能和无氧氧化供能

2.1 有氧氧化供能有氧氧化指糖（脂肪、蛋白质）在氧的参与下分解为ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，同时释放大量能量，供ADP合成A TP。由于人体的有氧氧化能力与最大摄氧量有关，故限制最大摄氧量的因素也就是影响有氧氧化的因素，如心输出量、肺通气功能、气体交换率、血液的载氧能力等，其中心输出量最为重要。

人体糖元的储备量也与有氧工作能力有关。剧烈运动时，随着肌糖元的消耗，肝糖元分解为葡萄糖入血，并进入肌肉供其利用。现已证明，在剧烈运动开始后10min～15min，肝糖元分解为葡萄糖便加速，如肝糖元储备不足，血糖便可能降低而出现“低血糖”，低血糖首先将引起神经系统的机能发生障碍。

2.2无氧氧化供能无氧供能包括在无氧或氧供应不足的情况下由A TP与CP分解代能（称非乳酸能）和糖元无氧分解供能（称乳酸能）。

2.2.1非乳酸能供能在肌肉运动刚开始时，所有的能量都由ATP和CP分解供给，这时糖的有氧氧化尚未参加，因为ATP和CP分解放能时不需要氧气，也不产生乳酸，故称非乳酸能。随工作强度的不同，这一时期一般可持续几秒钟。例如，在30m～60m疾跑时，体内的能量供应就靠A TP和CP保证；60m～400m以内的短跑，在开始阶段也是靠A TP和CP的分解供能。

2.2.2糖酵解供能糖酵解供能（乳酸能）是指由肌糖元分解为乳酸时释放的能量，此能量由ADP接受再合成为ATP，这是在人体供氧不足时产生的。在进行剧烈运动时，需氧量大大超过摄氧量，肌肉进行无氧代谢过程中葡萄糖分解生成的乳酸，暂时积存在体内，留待供氧充足时再继续氧化，因而欠下了氧债，称为乳酸氧债。例如，在400m跑的不到1min的路程内，约需20L的氧，人体不可能在这么短的时间内摄取到这么多的氧，出色的400m跑运动员的最大摄氧量也不过5L·min-１左右，更何况在不到1min的跑程中，由于生理惰性是无法达到最大摄氧量水平的，因而在400m跑中，所需的能量有88%是靠无氧氧化供

给的。

有氧氧化和无氧氧化是人体在不同水平上，根据需氧的不同情况而进行的紧密联系，不可分割的两种供能方式，只不过两者的比例有所不同而已。

（1）图中的供能系统Ⅰ是__________系统；供能系统Ⅱ是__________系统；供能系统Ⅲ是__________系统。

（2）填写出下列各运动项目的能量供应系统。

（3）比较说明3个能量系统的一般特点。

（4）试说明B区域与C区域能量供应的不同点是：前者由____________供应；后者由________________________供应。

〔参考答案〕（1）ATP 磷酸肌酸〔Ⅰ〕肌糖元酵解〔Ⅱ〕有氧呼吸〔Ⅲ〕（2）

①Ⅰ②Ⅰ和Ⅱ③Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ④Ⅲ（3）①无氧参加②无氧参加③有氧参加④磷酸肌酸⑤肌糖元酵解⑥葡萄糖和脂肪⑦A TP生成很少⑧A TP生成有限⑨A TP生成很多⑩无乳酸产生⑾产生乳酸⑿无乳酸产生（4）A TP 磷酸肌酸与糖元酵解为主以肌糖元酵解与有氧呼吸为主