三大供能系统的关系

人体内三大供能系统 南阳师院 袁

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
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Z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．Z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Z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Z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，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Z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Z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，Z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％Z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％Z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Z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
运动时ATP补充的过程
肌肉工作时营养的供应直接影响到肌肉力量的发挥。Z大力量的增长、速度力量的提高、力量耐力的持久将取决于ATP--CP供能系统，糖酵解供能系统，有氧供能系统的供能能力，即无氧非乳酸性供能，无氧乳酸性供能，有氧供能。
　　根据运动生物化学理论可知，ATP是肌肉收缩的直接能源。无论CP、糖的无氧、糖的有氧及脂肪的有氧供能都必须以ATP的形式供肌肉收缩。当人体激烈活动时，肌肉中的ATP首先能起发动作用，促使CP同步分解再合成ATP供能，与此同时磷酸立即参与糖的无氧快酵解产生ATP以补充肌肉中的ATP的浓度。当ATP--CP系统供能接近生理允许的极限消耗时间(5.66秒～5.932秒)时，开始启用无氧糖酵解提供的ATP与ATP--CP系统消耗的能力共同供能，直至糖的无氧酵解供能占优势，但此时运动强度下降。
极限运动8秒钟后，开始糖的有氧慢酵解生成丙酮酸进入三羧循环氧化生成ATP补充肌肉中ATP浓度。当运动30秒左右时，由于糖的无氧酵解被YZ，迫使运动强度降低(即每秒每公斤肌肉消耗的ATP数量减少)，乳酸作为有氧供能的衔接能源供能。随运动时间的延长，糖的有氧及脂肪的有氧供能维持肌肉长时间的活动。
　　对发展力量素质来说，无氧非乳酸性供能Z为重要。因为力量增长在较短时间内，以较快的速度完成技术动作效果Z佳。进行力量练习时，还应注意动员白肌纤维参加工作，因为白肌纤维中CP含量较高。由于进行力量练习时肌肉活动的强度很大，工作时间很短，又常伴有憋气，特别是静力练习时肌肉持续紧张，血管被挤压，血液流动不畅通，往往造成缺氧。在这种情况下，肌肉收缩的能量供应，主要依靠能源物质的无氧分解，其表现特征是磷酸肌酸大量消耗，肌糖元生成乳酸，血液中乳酸也升高，因此，若发展力量素质，必须提高肌肉的无氧代谢能力。人体运动时，当ATP分解放能后需要及时补充，补充的途径有三条：即
（CP） 分解、糖的无氧酵解及糖与脂肪的有氧氧化。
上称之为运动时的三个供能系统。人体 从事的各种不同的运动，其能理供应都分别属于这三个供能系统，而发展这三个供能系统的 方法又各不相同。（1）
原系统（ATP－CP系统）磷酸肌酸（CP）是贮存在 肌细胞内的另一种高能
。当ATP分解放能后，CP立刻分解放能以补充ATP的再 合成，由于这一过程十分迅速，不需要氧气也不会产生乳酸，因此，生理学上将它与ATP 一道合称为非乳酸系统，又称磷酸原系统。 生理学研究证明，全身肌肉中ATP－CP系统供能能力仅能持续8s左右。这一系统供能 能力的强弱，主要和速度有关，如果要提高50m、100m、200m等短距离跑的 速度，就要发展磷酸原系统的供能能力。 发展这一系统的供能能力的训练方法Z好是采用持续10s以内的全速跑，重复进行练习， 中间间歇休息30s以上。如果间歇时间短于30s，则由于磷酸原系统恢复不足，会产生 乳酸积累