糖酵解供能系统：糖的无氧酵解释放能量，运动中的化学

2023-10-19 理论教育版权反馈

【摘要】：糖酵解供能系统是糖在没有氧气存在的情况下进行酵解，释放能量，供合成少量的ATP，糖原无氧酵解时最终产物是乳酸，因而也称为乳酸系统。据研究，当组织缺氧达70%时，糖酵解供能即开始。糖酵解供能是速度耐力素质的物质基础。运动强度大的项目都需要糖酵解供能。实验证明，人体通过糖酵解产生乳酸的限度为每公斤体重约1.7 g，相当于每分钟每公斤体重供能390 cal。

糖酵解供能系统是糖在没有氧气存在的情况下进行酵解，释放能量，供合成少量的ATP，糖原无氧酵解时最终产物是乳酸，因而也称为乳酸系统。

在激烈运动时，由于氧供给相对不足，时间又较长，ATP和CP在肌肉中的储备不能满足机体供能的需要时，肌糖原的无氧酵解过程则逐渐加强。据研究，当组织缺氧达70%时，糖酵解供能即开始。糖酵解供能的能力可用人体负氧债（乳酸性氧债）的能力来衡量。糖酵解供能是速度耐力素质的物质基础。运动强度大的项目都需要糖酵解供能。例如，在短短不到一分钟的过程中，400 m跑步需要氧气约20 L，但人体不可能在一分钟内吸入这么多氧气，最出色的400 m跑步运动员最大摄氧量也不过每分钟5～6 L左右，更何况在不到一分钟的过程中。由于生理惰性是无法达到最大摄氧量的水平的，所以在400 m跑中有88%左右的能量是依靠糖酵解供能的。

实验证明，人体通过糖酵解产生乳酸的限度为每公斤体重约1.7 g，相当于每分钟每公斤体重供能390 cal。当氧供应充足时，少部分乳酸（约五分之一）继续氧化，放出能量，其余大部分（约五分之四）再合成肝糖原。

由此可见，运动过程中的能量供应是一个连续的统一体，糖的有氧氧化和无氧酵解是人体在不同活动水平上根据需氧、供氧的不同情况而进行的紧密相连、不可分割的两种供能方式，只不过两者比例有所不同而已。换言之，运动时人体以何种方式供能，取决于需氧量与摄氧量之间的动态平衡。在小强度运动时，摄氧量能满足需氧量时，机体便以有氧代谢供能；在剧烈运动时，摄氧量不能满足需氧量时，其不足部分则依靠无氧代谢供能。运动强度越大，需氧量越大，无氧代谢供能的比例也越大（详见表3.3、表3.4）。这种比例上的差别既是不同项目的供能特征，也是采用不同训练手段的根据之一。

表3.3　训练类别和供能过程（%）

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表3.4　进行不同时间最大运动时总能量供应情况

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注：① %VO2max代表每分钟最大摄氧量的百分比，表示运动强度。

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图3.1　能量连续统一体的四个活动区

能量连续统一体的概念对了解能量系统的相互作用是很重要的。为了容易将其原理运用于各项运动中，美国著名运动生理学家爱德华·福克斯将其过程表达为如图3.1所示。

第一区运动，运动时身体内能量供应主要靠ATP-CP提供，运动训练能增加CP含量，并提高ATP供能和恢复的速度。

第二区的运动时间较长，强度很大，开始运动时由ATP-CP供能，随着时间延长，能量依赖肌糖原无氧酵解提供，运动后乳酸增多。

第四区是时间长于3 min的运动，在运动时因强度低，氧供应比短跑时要充足得多，主要靠肌糖原、葡萄糖和脂肪的有氧分解供能。

第三区运动的供能特点介于第二区和第四区之间，即无氧酵解和有氧氧化供能都十分重要。

表3.5　能量连续统一体的四个活动区

pagenumber_ebook=70,pagenumber_book=62 (www.chuimin.cn)

研究发现，无氧耐力水平高的运动员能够耐受较高的乳酸水平，因此也能负更多的氧债。例如，一般人可负氧债5～6 L，而运动员可以达到10～13 L。柯斯蒂尔等（1976年）发现优秀赛跑运动员腿肌中乳酸脱氢酶活性随运动项目的不同而异，短跑运动员最高，中跑运动员居中，长跑运动员最低，这一现象显然是运动员对不同训练方式的适应，使其消除乳酸的能力提高。

研究还发现，经常进行无氧训练的运动员，血液中的碱储备要比一般人高10%左右，在剧烈运动时，能够较多地中和进入血液中的乳酸，使血液的酸碱度改变甚少。

那么，激烈运动是否与有氧氧化供能无关？从事激烈运动训练的运动员是否不需要有氧能力训练呢？回答是否定的。人体的有氧供能能力是无氧供能能力的基础，高度无氧供能能力的发展应建立在高度发展的有氧供能能力的基础上。因为高度有氧供能能力不仅有助于更有效地进行氧供过程，最快地消除无氧过程中积累的乳酸，而且还能最有效地提高肌肉中糖原的储备量，而肌肉中糖原的储备量又与无氧和有氧供能能力有关。因此，即便是以练速度耐力为主的中距离运动员，也应该在发展有氧供能能力的基础上过渡到无氧训练。由于人体的有氧氧化能力与最大摄氧量相关，所以限制最大摄氧量的因素也是影响有氧氧化供能的主要因素。运动中限制最大摄氧量继续增长的众多因素中，心输出量要比肺通气功能气体交换率和血液的载氧能力更为重要。

因此，在训练中加强循环机能的训练对有氧氧化供能能力的提高是非常重要的。

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