41第一章-运动的能量代谢

第一节生物能量学概要一、叶绿体和线粒体是高等生物细胞主要的能量转换器叶绿体存在在绿色植物细胞中，能进行光合作用，将光能转化为化学能，并储存于糖、脂肪、和蛋白质等有机大分子中•线粒体普遍存在于动、植物细胞内，是进行生物氧化的场所，产生机体生命活动的唯一直接能源——ATP二、ATP与ATP稳态（一）细胞能量代谢的重要媒介：ATP由腺嘌呤核苷酸再加上三个磷酸根组成，后面的两个磷酸之间的键称为高能磷酸键，可以贮存或释放能量。（二）ATP的稳态ATP贮量有限，运动中ATP消耗后的补充速度成为影响运动能力的重要因素。ATP的稳态其实就是ATP的生成和释放机体在能量转换过程中维持其ATP含量恒定的现象称为ATP稳态（三）ATP的分解释能ATP的分解释能，实际上是被酶断开末端高能磷酸键，即：ATPADP+Pi+能肌肉收缩就是利用肌细胞内ATP分解释放的能量供肌肉收缩克服阻力来做功，以实现化学能向机械能的转化。目前肯定的是，这种能量转化的部位就在肌球蛋白横桥于肌动蛋白的结合位点。ATP酶（四）ATP的生成过程（一）、ATP生成的无氧代谢过程1、磷酸原供能系统ATP→ADP+Pi+ECP+ADP→C+ATP特点：无氧代谢；供能速度极快；能源：CP；ATP生成很少；肌肉中贮量少，最大强度运动持续供能时间6-8秒；用于短跑或任何高功率、短时间活动。2、糖酵解供能系统肌糖元+ADP+Pi→乳酸+ATP特点：无氧代谢；供能速度快；能源：肌糖元；ATP生成有限；终产物乳酸可导致肌肉疲劳；用于2—3’的最大强度运动。（二）ATP供能的有氧代谢过程有氧氧化系统糖脂肪+ADP+Pi+O2CO2+H2O+ATP蛋白质特点：有氧代谢；供能速度慢；能源：糖、脂肪、蛋白质；没有导致疲劳的副产品；用于耐力或长时间的活动。一二三磷酸原系统糖酵解系统有氧氧化系统能源物质ATP、CP糖原、葡萄糖糖、脂肪、蛋白质体内贮量很少962j·kg-1体重无限大输出功率56j·kg-1·s-129.3j·kg-1·s-115j·kg-1·s-1持续时间7.5s33s长时间供能特点不需O2不需O2产生乳酸需O2项目短跑投掷跳跃举重1min以内运动耐力运动指标血乳酸VO2max无氧阈不同途径合成ATP总量及效率三、生命活动的能量来源：糖、脂肪、蛋白质人体主要营养物质包括糖、脂肪、蛋白质、无机盐、维生素、水、膳食纤维七大类。其中糖、脂肪、蛋白质有提供能量的生理作用，称为三大能源物质。其他营养物质起介导作用。(一)糖代谢1．糖在体内的存在形式人体内糖类主要是糖原及葡萄糖，通过食物获得。单糖被吸收进入血液后，一部分合成肝糖原；一部分随血液运输到肌肉合成肌糖原贮存起来；一部分被组织直接氧化利用；另一部分维持血液中葡萄糖的浓度。因而，人体的糖以血糖、肝糖原和肌糖原的形式存在，并以血糖为中心，使之处于一种动态平衡。葡萄糖是人体内糖类的运输形式，而糖原是糖类的贮存形式。2.糖的分解供能供能特点:1克葡萄糖在体内彻底氧化释放约4千卡热能。人体供能的50-70%有氧供能、无氧也可供能；动员快、耗氧少、能效高（1）糖的有氧分解（2）糖的无氧分解底物葡萄糖或糖原葡萄糖或糖原氧气有无1分子葡萄糖生成38分子ATP2分子ATP产能速率较低较高糖的有氧氧化糖的有氧氧化途径酮糖的无氧分解糖酵解与乳酸生成3.糖在体内以肌糖原和肝糖原的形式储备，储量有限，一次性大量摄入糖并不能有效增加肌糖原的储备。只有高糖膳食和耐力运动结合，既促进了肌糖原的消耗，又进行随后的肌糖原超量补偿，才能使肌糖原储备增加。超长时间运动会导致机体糖原的耗竭，需要合理科学补糖。一般认为，运动前3-4小时补糖可以增加运动开始时肌糖原的贮量。运动前5分钟内或运动开始时补糖效果较理想。一方面，糖从胃排空→小肠吸收→血液转运→刺激胰岛素分泌释放，需要一定的时间；另一方面，可引起某些激素如肾上腺素的迅速释放，从而抑制胰岛素的释放，使血糖水平升高；同时还可以减少运动时肌糖原的消耗。进行一次性长时间耐力运动时，以补充高糖类食物作为促力手段，需在运动前3天或更早些时间临时食用。在长时间运动中，如马拉松比赛，可以通过设立途中饮料站适量补糖。运动后补糖将有利于糖原的恢复。耐力运动员在激烈比赛或大负荷量训练期，膳食中糖类总量应与其每日能量消耗的70%，有利于糖原的恢复。运动前或赛前补糖可采用稍高浓度的溶液，服用量40-50克糖。运动中或赛中补糖应采用浓度较低的糖溶液，有规律地间歇补充，每20分钟给15-20克糖。严禁：赛前1小时-赛前15分钟之间和比赛较短的间歇时间内补充浓度20%以上的高糖含量的糖饮料。(二)脂肪代谢脂肪的生理功能氧化供能—含能量多，9.5千卡/克脂肪。构建细胞的组成成分促进脂溶性维生素的吸收和利用保护作用1、脂肪的储存与动员人体脂肪的贮存量很大，约占体重的10%-20%。一般认为，最适宜的体脂含量为：男性为体重的6%-14%，女性为10%-14%。脂肪储存：脂肪细胞可摄取血液中过多的自由脂肪酸，并与甘油结合形成甘油三脂储存起来。脂肪动员：当血液中的自由脂肪酸水平下降时，储存在脂肪细胞内的脂肪在激素敏感酶的作用下，逐步分解为脂肪酸和甘油，释放入血，以供给其他组织氧化利用。2、脂肪在体内的分解代谢脂肪在脂肪酶的作用下，分解为甘油及脂肪酸，然后再分别氧化成二氧化碳和水，同时，释放出大量能量，用以合成ATP。在氧供应充足时进行运动，脂肪可被大量消耗利用。3、运动中脂肪代谢的特点（与糖代谢比较）A)动员慢：脂肪酸从脂肪组织中分解动员入血液较慢，只有在糖原储备降低的情况下，才能成为肌肉的主要供能物质。B)耗氧量大：彻底氧化时消耗氧气多。C)能效率低：分解供能的效率比糖慢一倍。由于以上特点，长时间耐力运动的后期才主要依靠脂肪供能（马拉松的后半程）4、运动对脂肪代谢的影响1）提高脂肪酸的氧化能力：耐力训练是提高机体氧化利用脂肪酸供能能力最有效的措施。长期耐力训练会使骨骼肌线粒体数量、体积、单位肌肉毛细血管密度、线粒体酶及脂蛋白酶活性增加。因此，优秀耐力运动员氧化利用脂肪的能力以及氧化酮体的能力要比一般人强。2）改善血脂异常：甘油三酯(TG)总胆固醇（TCH）低密度脂蛋白(LDL)高密度脂蛋白（HDL)耐力运动可改善血脂异常3）减少体脂积累。(三)蛋白质代谢1、蛋白质的生理功能1）构成和修补机体组织2）调节机体生理功能3）氧化供能2、体内氨基酸的来源和去路来源：1）食物消化分解产生2）组织细胞蛋白质降解3）其他物质中间代谢转化而来去路：1）再合成蛋白质,更新和修复组织2）合成肽类激素、激酶及核酸碱基等3）脱氨基后进一步氧化供能4）脱氨基后再合成糖、脂肪贮存5）再合成新的氨基酸3、蛋白质在体内的代谢氮总平衡氮的正平衡氮的负平衡氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。4、运动对蛋白质的影1）机体运动时蛋白质可提供一部分能量。2）运动导致骨骼肌蛋白质合成增加—肌肉壮大。六、能源物质的消化与吸收消化：食物在消化道内被分解为小分子的过程。吸收：经过消化的食物，透过消化道粘膜，进入血液和淋巴循环的过程。（一）消化消化的方式：机械性消化或物理性消化：通过消化道肌肉的舒缩活动，将食物磨碎，并使之与消化液充分混合，并将食物不断地向消化道远端推送。化学性消化：通过消化腺分泌的消化液来完成，消化液中所含的各种消化酶能分别将糖类、脂肪及蛋白质等物质分解成小分子颗粒。消化液的主要功能①稀释食物，使之与血浆的渗透压相等，以利于吸收；②改变消化道内的pH，使之适应于消化酶活性的需要；③水解复杂的食物成分，使之便于吸收；④通过分泌粘液、抗体和大量液体，保护消化道粘膜。例如，胃的粘液具有较高的粘滞性和形成凝胶的特性。消化液的作用营养物质在消化道各部位消化过程口腔内消化胃内消化小肠内消化大肠内消化口腔内消化2、胃内消化胃液的性质、成分和作用性质：无色，pH0.9～1.5是体内pH最低的液体分泌量：1.5～2.5L/日成分：盐酸、胃蛋白酶原、粘液、内因子和HCO3-等无机物。胃排空：食物由胃进入十二指肠的过程食物的排空速度与食物的物理性状及化学组成有关：通常稀薄、流体食物比粘稠、固体食物排空快，颗粒小的食物比大块食物排空快。糖类排空速度最快，蛋白质次之，脂肪类最慢。混合食物完全排空通常需要4-6小时。3、小肠内消化A.胰液胰液为无色透明的碱性液体pH7.8～8.4，渗透压≈血浆胰液呈间歇性分泌,分泌量约为1～2L/每日。胰液是消化液中最重要的一种消化液。a、水和碳酸氢盐b、碳水化合物水解酶：胰淀粉酶c、脂类水解酶：胰脂肪酶d、蛋白质水解酶：主要有胰蛋白酶和糜蛋白酶B.胆汁a、胆盐:促脂肪消化:乳化脂肪、增加酶作用面积促脂肪吸收:与脂肪形成水溶性复合物促脂溶性维生素吸收:促胆汁的自身分泌:肠--肝循环b、胆固醇:正常时，胆固醇与胆盐的浓度呈一定的比例，若胆固醇↑→胆石症。c、胆色素:C.小肠液弱碱性液体，pH≈7.6。渗透压与血浆相等。特点：酶种类多；持续分泌。分泌量大(1～3L/日)小肠液的成分和作用:a、中和胃酸,保护十二指肠粘膜免遭胃酸侵蚀。b、稀释肠腔内容物，利于吸收。c、肠激酶能激活胰蛋白酶原变为有活性的胰蛋白酶。d、肠淀粉酶能水解淀粉成为麦芽糖。e、多种消化酶进一步消化水解食糜。4、大肠内的消化功能：吸收水分；储存食物残渣。大肠液：黏液蛋白保护和润滑作用。(二）吸收1、吸收的部位食物在口腔及食道内不被吸收。胃所吸收的食物也很少，只吸收酒精和少量水分。小肠是吸收的主要部位，一般认为糖类、脂肪和蛋白质的消化产物大部分在十二指肠和空肠吸收，回肠能够吸收胆盐和维生素B12。大肠主要吸收水分和盐类，结肠可吸收其肠腔内80%的水和90%的Na+及Cl-。2、小肠吸收的特点小肠吸收的有利条件：①面积保证：长5～6米＋皱褶＋绒毛＋微绒毛→200m2；②设备保证：酶多＋转运工具＋运输途径；③时间保证：停留时间长，约3～8h；④动力保证：绒毛伸缩具有唧筒样作用。3、三大能源物质的吸收糖：分解成单糖，被小肠上皮细胞吸收入血。蛋白质分解成氨基酸，被小肠上皮细胞吸收入血。脂肪与胆盐结合形成水溶性复合物，自小肠上皮吸收入淋巴，然后再进入血液循环七、机体能量的利用机体中的能量除以ATP的形式提供给各种生理功能利用以外，大部分转化为热能。运动中各能源物质的动员•运动开始时机体首先分解肌糖原，持续运动5-10分钟后，血糖开始参与供能。•脂肪在安静时即为主要供能物质，在运动达30分钟左右时，其输出功率达最大。•蛋白质在运动中作为能源供能时，通常发生在持续30分钟以上的耐力项目。随着运动员耐力水平的提高，可以产生肌糖原及蛋白质的节省化现象。八、基础代谢基础代谢：指基础状态下的能量代谢。所谓基础状态是指人体处在清醒、安静、空腹、室温在20-25ºC条件下。基础代谢率：指单位时间内的基础代谢。影响能量代谢的因素1、肌肉活动2、精神紧张3、食物的特殊动力作用4、环境温度基础代谢率随年龄、性别不同而有生理变化。其他条件相同时，男性的基础代谢率平均比女性高。幼儿比成人高，年龄越大，基础代谢率越低。第二节运动状态下的的能量代谢一、肌肉活动时能量供应的代谢特征（一）ATP供能的连续性运动时能量的供应是连续的，因此ATP的消耗与再合成也必须是连续性。（二）耗能与产能之间的匹配性运动时，不同的运动强度耗能不同，因而需求的供能速率也不同。即产能速率必须与耗能强度相匹配。三个能量系统输出功率各有特点，分别满足不同运动强度的需要。（三）供能途径与强度的对应性人体在进行不同强度的运动时，由于不同的产能和耗能速率的匹配关系，优先启动相应的供能系统为主要供能系统。（四）无氧供能的暂时性由运动强度决定运动供能方式是有氧或无氧。大强度运动需无氧代谢供能，而无氧代谢的终产物导致疲劳产生，因此，无氧供能的时间是短暂的。（五）有氧代谢的基础性有氧代谢是人类生命活动基本的代谢方式能把三大营养物质彻底氧化成CO2和H2O，产生较多的能量。同时，运动中无氧代谢产物的清除、能源物质的恢复和疲劳的消除都需要有氧代谢来完成。运动时间与最大输出功率及能源系统在不同的运动模