有氧和無氧運動能量代謝特點
什么叫有氧運動,什么叫無氧運動?大多數(shù)健美運動員和健美愛好者只解其表,不解其理,訓(xùn)練中一般是盲目聽 從,對訓(xùn)練所要達到的目的過程并不十分明確,以致影響了訓(xùn)練的自覺性和訓(xùn)練效果。本文就有氧和無氧運動能量代謝的特點作一分析,以助大家釋疑解惑,從根本上了解健美運動的特點,提高訓(xùn)練的自覺性。要了解有氧和無氧運動的能量代謝特點,得從的作用談起。三磷酸腺苷(簡稱ATP)是肌肉活動唯一的直接能源,也是人體其它任何細胞活動(如腺細胞的分泌、神經(jīng)細胞的興奮等)的直接能源。ATP貯存在細胞中,其中以肌細胞(肌纖維)為最多。ATP由一個稱為腺苷的大分子和三個較簡單的磷酸根組成,后兩個磷酸根上有"高能鍵",鍵上貯有大量化學(xué)能,故ATP這類化合物又稱為高能磷化物。當(dāng)ATP末端一個磷酸鍵斷裂時,便釋放出能量,使細胞做功或完成其生理功能。 肌肉活動時,貯存在肌纖維中的ATP在ATP酶的催化下迅速分解為二磷酸腺苷(ADP)和無機磷(PI),釋放出能量,牽動肌絲滑動,使肌纖維縮短,完成做功。但肌肉中ATP的儲量較少,必須邊分解邊合成,才能不斷滿足肌肉活動的需要,使活動得以持久。事實上ATP一被分解就立刻再合成。再合成所需的能量,根據(jù)運動的具體情況,來源有三:一是磷酸肌酸分解放能;二是糖原酵解生能;三是糖和脂肪(還有部分蛋白質(zhì))氧化生能。 1、磷酸肌酸的分解。磷酸肌酸(簡稱CP)是貯存在肌纖維中與ATP緊密相關(guān)的另一種高能磷化物,分解時能放出大量能量。當(dāng)肌肉收縮且強度很大時,隨著ATP的迅速分解,CP也迅速分解放能,以使ADP和PI合成ATP。肌肉在安靜狀態(tài)下,高能磷化物以CP的形式積累,故肌細胞中CP的含量約為ATP的3-5倍。盡管如此,其含量也是有限的,CP全部分解時只能維持?jǐn)?shù)秒鐘的劇烈運動,必須有其它供應(yīng)ATP再合成的能量才能使肌肉活動持續(xù)下去。CP供能使ATP再合成的重要意義,不在其含量,而在其快速可動用性。由于CP既能迅速分解放有,又不需氧、不產(chǎn)生乳酸,故它與ATP一起在供能系統(tǒng)中稱為磷酸原系統(tǒng)(ATP-CP系統(tǒng))CP和ATP不能直接用作營養(yǎng)補劑,因為其分子過大,不能被人體吸收。而一羥基肌酸能被人體直接吸收,進入肌細胞合成CP,進而為合成ATP所用,供給肌肉活動的能量,對力量鍛煉有一定的良好作用。 2、肌糖原的酵解。運動持續(xù)時間在10秒以上且強度很大時,機體所需的能量已遠超出磷酸原系統(tǒng)所能供給的,同時機體的供氧量也遠遠滿足不了需要。這時運動所需ATP再合成在能量就主要靠糖原酵解來提供了。糖酵解以肌糖原為原料,在把葡萄糖分解成乳酸的過程中生成ATP。所產(chǎn)生的乳酸在氧供應(yīng)充足時,一部分在線粒體中被氧化生能,一部分合成為肝和糖原等。乳酸是一種強酸,在體內(nèi)積聚過多會破壞內(nèi)環(huán)境的酸堿平衡,使肌肉工作能力下降,造成肌肉暫時性疲勞。因此,依靠糖原無氧酵解供能也只能使肌肉工作持續(xù)幾十秒鐘。無氧酵解供能時,不需要氧,但產(chǎn)生乳酸,故稱乳酸能系統(tǒng)。乳酸能系統(tǒng)的重要意義是在缺氧情況下仍能產(chǎn)生能量,以供體內(nèi)急需。 3、糖和脂肪的有氧氧化。當(dāng)運動中氧的供應(yīng)能滿足氧的需要時,運動所需的ATP即主要由糖、脂肪的有氧氧化來供能。有氧氧化能提供大量的能量,從而能維持肌肉較長的工作時間。例如,由糖原產(chǎn)生的葡萄糖有氧氧化所產(chǎn)生的ATP為無氧糖酵解的13倍。這種有氧氧化供能稱為有氧氧化系統(tǒng)。 雖然磷酸原系統(tǒng)和乳酸能系統(tǒng)在運動過程中都供應(yīng)一定的、甚至大部分的能量,但ATP和CP的最終合成以及糖酵解產(chǎn)物乳酸的消除卻要通過有氧氧化來實現(xiàn)。所以,肌肉活動所需能量的最終來源是糖和脂肪(也許還有蛋白質(zhì))的有氧氧化,而糖和脂肪又來自食物。
在運動中,糖和脂肪優(yōu)先利用的程度和程序是不相同的。這主要受兩個因素的影響,一是運動強度和持續(xù)時間,二是膳食。同時還與訓(xùn)練程度有關(guān)。
①運動強度和持續(xù)時間的影響。當(dāng)運動強度增加、持續(xù)時間縮短時,糖是占支配地位的能源。因為在時間短、強度大的運動中,ATP的生成主要由乳酸能系統(tǒng)提供能量,即依靠無氧糖酵解來產(chǎn)生ATP,而糖原是無氧酵解的唯一能源。強度很大、時間很短的運動(如舉重),ATP再合成的主要來源是CP,糖的無氧酵解僅能提供少量能量。運動強度低、時間長的運動,脂肪便成了主要能量來源。長時間持續(xù)運動(如馬拉松跑)的后期,約有80%的ATP來自脂肪氧化。雖然脂肪是長時間劇烈運動的主要能源,但糖仍很重要,尤其是在運動開始階段。人在長距離跑開始時,糖被大量利用,隨著運動的繼續(xù),糖才緩慢而平穩(wěn)地低于脂肪的利用。 ②膳食的影響。膳食類型對運動時糖或脂肪利用的多少有重要影響。在耐力運動(如長跑)中,普通(混合)膳食者(約55%的糖、30%的脂肪和15%的蛋白質(zhì))開始時利用糖,隨后逐漸轉(zhuǎn)為利用脂肪。數(shù)天食用高脂肪低糖膳食后,運動時優(yōu)先利用的是脂肪,但出現(xiàn)疲勞、精疲力盡的時間提前很多。數(shù)天食用高糖、低脂膳食后,運動時優(yōu)先利用的能源是糖,隨著運動的繼續(xù),逐漸偏向利用脂肪,但運動耐力卻是食用混合膳食的兩倍,是高脂肪膳食的三倍。 無氧代謝
③訓(xùn)練程度。運動負荷相同,有訓(xùn)練者利用脂肪供能的比例較無訓(xùn)練者大。在運動所需的總能量中,由脂肪提供的能量有訓(xùn)練者為51%,無訓(xùn)練者為41%。雖然蛋白質(zhì)可用作有氧能系統(tǒng)中的一種能源,但通常不用它。只是在糖和脂肪無可利用的時候,才大量運用蛋白質(zhì)做能源,如在長時間嚴(yán)重饑餓和過度長時間運動時。綜上所述,雖然人體中磷酸原系統(tǒng)供能的絕對值不大,能維持的時間很短,但其主要作用在于能量的快速可用性。短距離疾跑、跳、投、沖刺、舉重等需要在幾種鐘內(nèi)完成的運動,全部靠該系統(tǒng)的貯備為主要能源。乳酸能系統(tǒng)的能量來自肌糖原的無氧酵解,酵解的最終產(chǎn)物為乳酸,放出的能量由ADP接受,再合成ATP,它是機體處于缺氧情況下的主要能量來源。無氧訓(xùn)練能提高人體乳酸能系統(tǒng)的供能能力,在完成同一劇烈的定量運動時,有訓(xùn)練者的血乳酸較無訓(xùn)練者低。但在完成短時間盡力的劇烈運動后,有訓(xùn)練者的血乳酸則比無訓(xùn)練者高20-30%,這與有訓(xùn)練者肌肉中糖原含量較高,以及隨著訓(xùn)練水平的提高而提高了糖原的運用水平有關(guān)。乳酸能系統(tǒng)的重要作用,同磷酸原系統(tǒng)一樣,是在暫時缺氧的情況下能快速供給能量。比如,健美訓(xùn)練中完成一組運動時就是靠乳酸能系統(tǒng)提供能量的。
有氧氧化系統(tǒng)是指糖或脂肪在氧的參與下分解為二氧化碳和水,同時生成大量能量,使ADP再合成ATP。有氧氧化系統(tǒng)是進行長時間耐力活動的主要供能系統(tǒng)??梢姡梭w運動時能量供應(yīng)系統(tǒng)提供的能量與運動專項密切相關(guān)。所謂"無氧運動",是指運動過程中主要以無氧代謝(磷酸原系統(tǒng)和乳酸能系統(tǒng))供給能量的運動,如舉重、健美訓(xùn)練等。有氧運動則指運動過程中主要以有氧氧化系統(tǒng)供給能量的運動,如健美訓(xùn)練中為減少體內(nèi)脂肪而進行的長距離跑。