人体运动能量代谢多元分析

2023-11-01 理论教育版权反馈

【摘要】：运动可以提高脂质代谢过程，使血液中胆固醇的含量降低，有利于预防动脉硬化症的发生。体重超重、脂肪超量是心脏疾病、高血压、糖尿病和某些癌症的隐患。人体内脂肪贮量很大，脂肪最主要的功能就是氧化供能，也是长时间肌肉运动的主要能源。研究表明，运动可加强蛋白质的代谢过程。剧烈运动时，肌肉内的CP含量迅速减少，而ATP含量变化不大。

（一）运动时能量的来源

在生命活动过程中，机体不断地与外界环境进行物质交换，即不断地从外界摄取糖、脂肪、蛋白质、水、无机盐及维生素等营养物质，并通过体内的一系列的代谢过程，将其转为机体自身成分，同时贮存能量；与此同时，机体又不断将其自身原有物质进行分解，释放能量，并把分解产物排出体外。研究表明，经常参加体育锻炼，对机体的代谢起着良好作用。

运动可以提高脂质代谢过程，使血液中胆固醇的含量降低，有利于预防动脉硬化症的发生。体重超重、脂肪超量是心脏疾病、高血压、糖尿病和某些癌症的隐患。节食可以降低脂肪，但这样做有很多弊端，节食破坏了肌肉组织，而肌肉是机体唯一有能力消耗大量脂肪的组织。锻炼能消耗脂肪并避免失去肌肉组织，还能使机体形成更多的肌肉，并帮助保持理想的体重和脂肪百分比，有利于保持更健美、更健康的体态；而且，运动能降低低密度脂蛋白胆固醇LDL（LDL是导致冠状动脉阻塞的最危险的胆固醇形式），使高密度脂蛋白胆固醇HDL上升，从而可延缓动脉粥样硬化的发生与发展。

运动是降低甘油三酯水平的有效方法，在运动后几小时内体内甘油三酯水平就会降低，定期、适度的锻炼会使机体甘油三酯水平明显下降。

另外，运动还可增强输送葡萄糖的能力，这种作用是通过减少体重和脂肪，增加胰岛素和葡萄糖的输送而实现的，所有这些都能降低患糖尿病的风险。

1.糖

糖是人体内最主要的能源物质，主要以血糖和肝糖原的形式存在，机体60%的热能都是由糖来提供的。短时间、大强度运动时，机体所需能量的绝大部分是由糖氧化供给的；长时间、低强度运动时，是由糖逐渐变成脂肪供给的。糖还有调节脂肪代谢和节约蛋白质供能的作用。脂肪在体内的完全氧化，必须有糖的参与才能完成。在糖代谢受阻的情况下，由于脂肪大量分解以保证供能，会引起脂肪分解的中间产物（酮体）的大量堆积，严重时将导致中毒。所以，糖代谢正常时，可减少脂肪的分解；糖供应充足时，可减少蛋白质的分解供能。

2.脂肪

脂肪是含能量最多的物质。人体内脂肪贮量很大，脂肪最主要的功能就是氧化供能，也是长时间肌肉运动的主要能源。脂肪所提供的不饱和脂肪酸是细胞膜、酶、线粒体及脂蛋白的重要组成成分。另外，它还有促进脂溶性维生素的吸收和利用的作用。脂肪是脂溶性维生素A、维生素D、维生素E、维生素K及胡萝卜素的溶剂。缺少食物脂肪的摄入会降低体内脂溶性维生素的含量，有可能导致此类维生素缺乏症。分布于皮下组织和内脏周围的脂肪起着热垫和保护垫的作用，既能防止散热，又能缓冲机械撞击，防止内脏和肌肉损伤。

许多研究确认，运动，尤其是从事有氧运动，能促进血液中游离脂肪酸的氧化，增加高密度脂蛋白含量和提高脂蛋白脂肪酶的活性，加速富有甘油三酯的乳糜和极低密度脂蛋白分解，从而降低血脂，特别是使甘油三酯的含量和低密度脂蛋白的含量减少。高密度脂蛋白有限制动脉平滑肌细胞对胆固醇的摄取和积蓄的作用，并能将已沉积在平滑肌细胞内的胆固醇运出动脉壁。因此，经常参加体育锻炼有利于降低总血脂含量、改变血脂质量，可有效地防治冠心病、高血压和动脉硬化等疾病。同时，由于运动可增加肌肉中能量消耗，并使肾上腺素分泌增加，使脂肪分解为自由脂肪酸并进入血液，大量的自由脂肪酸能被组织细胞摄取并氧化供能。此外，运动还能抑制脂肪酸的合成，使脂肪合成也相应减少。所以运动能使脂肪分解加强，合成减弱，以达到体脂减少，控制肥胖的目的。但应指出，为了降低体脂而运动时，运动强度不宜太大，但持续时间要稍长，并须长期坚持。

3.蛋白质

蛋白质是生命的基础，是修补、建造和再生组织的主要材料。在代谢过程中，不可缺少的生物催化剂—酶，其本质是蛋白质；肌肉收缩和神经系统的活动均与蛋白质有关；运载氧和二氧化碳的血红蛋白以及参与机能调节的某些激素，其主要成分也是蛋白质。此外，在特殊情况下（长时间饥饿或长时间运动），蛋白质也参与供能。因此，蛋白质在机体的整个生命活动过程中起着极为重要的作用。

研究表明，运动可加强蛋白质的代谢过程。参加速度性或力量性练习者，其肌肉蛋白明显增加，肌肉中参与无氧代谢的酶系的活性就高。所以常参加速度、力量锻炼者，肌肉发达，刚劲有力，体态健美，精力充沛；而系统从事耐力运动锻炼者，肌肉中肌红蛋白含量及血红蛋白含量均增多，而且肌肉中参与有氧代谢的酶系的活性也高。

（二）人体运动时的三大供能系统

1.磷酸原系统（ATP—CP系统）

磷酸原系统是由ATP和磷酸肌酸（CP）组成的供能系统。ATP在肌肉内的贮量很少，若以最大功率输出仅能维持2秒左右。肌肉中CP贮量约为ATP的3～5倍，CP能依据ATP分解的速度最直接地使之再合成。剧烈运动时，肌肉内的CP含量迅速减少，而ATP含量变化不大。ATP—CP系统供能总量少，持续时间短，功率输出快，不需氧，不产生乳酸等物质。磷酸原系统是一切高功率输出运动项目的供能基础。数秒钟内要发挥最大能量输出的运动项目，只能依靠ATP—CP系统。

2.乳酸能系统(www.chuimin.cn)

乳酸能系统是指糖原或葡萄糖在细胞质内无氧分解生成乳酸过程中，再合成ATP的能量系统。其特点是，供能总量较磷酸原系统多，输出功率次之，不需要氧，产生乳酸。由于该系统产生乳酸，并扩散进入血液，所以，血乳酸水平是衡量乳酸能系统供能能力的最常用指标。乳酸是一种强酸，在体内聚积过多，超过了机体缓冲及耐受能力时，会破坏机体内环境酸碱度的稳态，进而又会限制糖的无氧酵解，直接影响ATP的再合成，导致机体疲劳。乳酸能系统供能的意义在于保证磷酸原系统最大供能后仍能维持数十秒快速供能，以应付机体的需要。由于该系统产生乳酸，并扩散进入血液，所以血乳酸水平是衡量乳酸能系统供能能力的最常见指标。

3.有氧氧化系统

有氧氧化系统是指糖、脂肪和蛋白质在细胞内彻底氧化成水和二氧化碳的过程中，再合成ATP的能量系统。该系统是通过逐步氧化，逐步放能再合成ATP的。其特点是ATP生成总量很大，但速率很慢，需要氧的参与，不产生乳酸类的副产品。有氧氧化系统是进行长时间耐力活动的物质基础。

（三）运动时对糖、水和蛋白质的补充

1.糖的补充

运动中糖代谢分解产物的转化或排出也比其他能源物质来得更加容易，且利用速率快。因此，糖是运动中常用的也是必要的营养补充。补糖还有提高运动员自身免疫力的功效。研究发现，运动过程中和运动后补糖，能够使得血糖浓度保持正常水平，可起到稳定免疫系统功能的效应。作为消除疲劳必须补充的能量物质，糖的补充不仅可以恢复体内血糖浓度，及时恢复肌糖原的储量，还是防治中枢疲劳的重要物质。运动消耗的大量神经能量通过体内糖的补充，可以迅速得到恢复，从而保持大脑的清醒，中枢神经机能能力也得以提高。

补糖分为运动前补糖、运动中补糖和运动后补糖：运动前补糖可以增加体内肌糖原含量，提高血糖浓度；可以在大运动量训练及竞赛之前一周内，增加膳食中的含糖量至总热量的70%。运动中补糖可提高和保持血糖水平，减少肌糖原损耗，从而延长运动时间；通常间隔一段时间补充含糖饮料，在运动前两小时口服葡萄糖，掌握好服糖时间，以防止发生胰岛素反应，导致低血糖。运动后补糖可以加速恢复肌糖原，补糖时间宜早不宜迟，一般在运动后6小时以内为宜，补糖量按照0.75～1.0克/千克体重来进行。大量补糖时，最好服用低聚糖，其渗透压低，甜度小，吸收快。在补糖种类上，适宜补充葡萄糖和果糖，尽量少用蔗糖，果糖主要增加肝糖原储备，葡萄糖主要是增加肌糖原原含量。

运动时能量消耗多，运动前应以糖类食品作为膳食的主要成分。运动前1.5～2小时服糖的效果良好。通过这种服糖方式，在运动开始前已完成肝糖原合成过程，在运动开始后，肝糖原被动员进入血糖供给需要，可保持较高的血糖水平。在长时间的运动中饮用低糖度的饮料对运动也是有利的。

2.水的补充

水是生命之源。成年人体内水的含量占其体重的57%～70%，儿童可占80%以上。水在人体中具有止渴、稀释血液、散热、润滑、利尿、运送营养等功效。人体在运动时能量代谢增大（比安静时增加10～20倍），产生大量的热能，除用于肌肉活动外，还要产生大量的热，使体温升高。出汗蒸发是散热的主要方式，汗液中的主要成分是水。大量出汗会使机体脱水，因此运动中正确的补水是非常重要的。

长时间运动，特别是在夏天，或在湿热的环境中运动时，更要注意补水。补水的最好方法是少量多次，运动中每15～20分钟饮水150～200毫升适宜，每小时的总饮水量不要超过600毫升，这样既可以保持体内水的平衡，又不致因为大量饮水增加心脏和胃肠的负担；也可以采用运动前饮水的方法，在运动前1小时补水300毫升。

运动后补水也要采取少量多次的方法，由于水分流失的同时，体液（体液包含钾、钙、钠、镁等电解质）也随之流失，因此也可以选择补充些运动饮料（稍加盐的凉开水或低糖饮料也可），但是饮料的含糖量不能过高，因为糖的浓度过高，会使饮料在胃中停留的时间过长，反而使水分不能及时进入体内。一般而言，夏天，饮料糖的浓度不宜超过5%，最好在2.5%左右，冬天则可在5%～15%，这样可以使饮料在胃中通过得较慢，可以较稳定地供应机体所需，从而保持体内的糖和水分的平衡。水的温度也不是越凉越好，以8℃～14℃为宜。另外，如果在早晨锻炼，由于人体经过一夜的睡眠，水分丢失，全身组织器官以及细胞处于相对缺水状态，因此在运动前要补水，但也不宜过多，150～200毫升即可。

水主要储存在肌肉、皮肤、肝脏、脾脏等组织器官中。人在运动时会大量排汗，水就从这些组织器官中进入血液，保持水的平衡。但必须注意，运动员不能由于有渴的感觉而暴饮，这样会对心脏造成有害的影响。在人体进行运动时，水的补充量要大于平常的饮用量，并且还要在补充水中加入适量的盐和无机盐等，以维持体内的多种平衡，维持人体正常的生理机能。

3.蛋白质的补充

运动时对蛋白质的补充是非常有必要的。乳清蛋白是牛奶乳清中存在的含有26%的支链氨基酸、亮氨酸等营养成分和生物活性物质的一种蛋白质。其相对分子质量小，可溶性、吸收率高，易被人体吸收利用。支链氨基酸的代谢主要是在骨骼肌中，它既是合成肌肉蛋白质的原料，也是肌肉的能源物质。亮氨酸及其氧化物可抑制蛋白水解酶的活性，有利于肌肉蛋白质合成，使肌细胞增加。乳白蛋白、牛血清白蛋白和乳铁蛋白富含胱氨酸残基，这些胱氨酸残基能安全通过消化道和血液，进入细胞膜后可还原成两个半胱氨酸，以合成谷胱甘肽，进而维持肌细胞的谷胱甘肽水平，保护肌细胞膜、肌浆网、线粒体的完整结构。支链氨基酸还能通过竞争抑制，阻断色氨酸的合成和运转，从而减轻运动后的疲劳和困倦感。乳清蛋白通过增加细胞内谷胱甘肽水平及乳铁蛋白的抗氧化活性，可阻止自由基损伤。由于蛋白质对人体这些的作用，故在运动训练过程中，运动员，特别是力量、耐力性项目运动员的蛋白质补充非常重要。一般认为，成人蛋白质最低生理需要量约为30～45克/天。生长发育期的青少年由于组织增长及再建的需要，蛋白质的需要量为2.5～3克/公斤体重。运动员的蛋白质供给量比一般人高，目前认为我国运动员为1.2～2克/公斤体重，耐力性运动中，即使糖类足以供应机体运动中所需能量，膳食中蛋白质的补充量也应达到1.5～1.8克/公斤体重，而且应该在整个耐力训练阶段中持续补充，以促进肌肉蛋白质的合成，预防运动性贫血的发生。

人体运动能量代谢多元分析

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