无氧代谢供能系统与运动能力

林文弢（广州体育学院，广东 广州 510500）

无氧代谢供能系统与运动能力

林文弢
（广州体育学院，广东 广州 510500）

无氧代谢供能系统包括磷酸原供能系统和糖酵解供能系统。运动员进行短时间、大强度剧烈运动时，所需能量主要来自无氧代谢供能系统。磷酸原供能系统输出功率最大，是速度、力量项目运动员运动时的主要供能系统，糖酵解供能系统的供能高峰维持1 min左右，直接影响运动员的速度耐力素质。

无氧代谢；能量；运动能力

运动员运动训练和比赛时的能量供应常被分为无氧代谢供能系统和有氧代谢供能系统，无氧代谢供能系统包括磷酸原供能系统（ATP—CP供能系统）和糖酵解供能系统（乳酸能供能系统）；有氧代谢供能系统包括糖有氧氧化供能系统和脂肪、蛋白质有氧氧化供能系统。2个代谢和4个不同的供能系统相互联系，相互影响，共处于一个统一体中。不同运动项目或相同运动项目的不同运动方式及负荷量，提供能量的供能系统都有所不同，但不同供能系统只有主次之别，没有绝对的界限。短时间大强度的剧烈运动，如100 m跑，主要由磷酸原供能系统供能；马拉松跑则以糖有氧氧化和脂肪有氧氧化供能为主。

1 磷酸原供能系统与运动能力

磷酸原供能系统的能量一般以高功率的输出和高速率的转运，对运动员的运动能力有极为重要的意义。磷酸原供能系统直接影响运动员的力量和速度素质。

1.1 磷酸原（ATP－CP）供能系统的供能特点

磷酸原供能系统主要由ATP（三磷酸腺苷）、CP（磷酸肌酸）组成，由于其分子中含有高能磷酸基团（～P），在供能代谢中通过转磷酸基团过程释放能量，所以称为磷酸原，它们构成的供能系统则被称为磷酸原供能系统。ATP、CP在骨骼肌中贮量少，供能时间短，在最大强度运动时，供能约6 ～ 8 s。但ATP、CP分解供能速度极快，由它们构成的供能系统的输出功率最大，约为50 W/kg·BW，直接影响运动员的速度和力量素质。

1.2 影响磷酸原供能系统的生化因素

ATP是肌肉工作时的唯一直接能源物质。由于ATP在细胞内浓度很低，故提供骨骼肌最大强度运动的时间不足1 s。在ATP消耗的同时，CP被迅速分解，把高能磷酸基团转给ADP（二磷酸腺苷），使ADP磷酸化合成ATP，因此，即使是最大强度运动，ATP的浓度也几乎变化不大。对机体的能量代谢来说，使高能磷酸基团迅速转运以提高ATP的再合成，是极为重要的调节机制。在细胞内，一旦ATP/ADP比值降低，CK（磷酸肌酸激酶）激活，CP与ATP之间的～P转运过程启动，直到CP含量显著排空前肌细胞内ATP浓度变化较小，用以保证肌肉持续进行收缩。可见，在磷酸原系统中，CP在影响供能能力上就涉及到CP转运高能磷酸基团的CK活性，以及CP本身含量的2个因素，尤以CK活性最为突出。

1.3 运动训练对磷酸原系统的影响

大量研究表明，运动训练对骨骼肌ATP贮量影响不明显，但能显著提高ATP酶的活性，对加快运动时ATP利用和再合成的速度具有积极意义。

不同形式的训练对快、慢肌纤维的CP需求不同。在耐力性训练中，运动负荷经常较低，只有慢肌纤维得到动用，不产生对快肌的训练适应性。相比之下，在短跑、举重等速度、力量性训练中，首先动用快肌纤维，使它们的分解、合成和贮存CP的能力得到适应性改善。长时间运动训练至力竭时，对受到训练的慢肌纤维内的CP的利用几乎与快肌纤维一样有效，骨骼肌CP贮量明显增多。

运动训练对CK活性也有影响，速度训练后的动物细胞内CK活性可提高20%，经耐力训练可提高15%。CK活性提高意味着加快ATP的转换速率，即提高肌肉的最大输出功率。由此可见，运动训练对磷酸原系统的影响主要表现在促进骨骼肌内ATP酶和CK活性的提高，增多CP的贮量，有利于短时间剧烈运动时ATP的高效分解与合成，提高磷酸原系统的供能能力，从而提高运动员的力量与速度能力。

2 糖酵解供能系统与运动能力

糖经无氧氧化分解生成乳酸的同时释放能量，使ADP磷酸化合成ATP，这一供能系统称为糖酵解供能系统。由于该供能系统产生大量乳酸，又称乳酸能供能系统。可以说，产能越多，糖的消耗越多，乳酸的生成也越多。因此，影响糖酵解供能系统的供能能力的因素涉及能量物质本身的贮备、代谢产物乳酸、代谢过程相关的肌纤维类型和运动强度，以及运动者自身的条件等。

2.1 糖酵解供能系统的供能特点

糖酵解供能的输出功率较大，是磷酸原供能的一半，约为25 W/kg•BW。糖酵解供能时间比磷酸原长，这对需要速度和速度耐力的运动项目十分重要，是1～2 min大强度运动时主要的供能系统。

2.2 糖原贮备与糖酵解供能能力

机体内肌糖原的多与少直接影响糖酵解供能系统的供能量，从而影响运动员的速度耐力。实验证明，单腿运动使糖原水平通过运动处于降低状态，再进行双腿运动，则两腿的最大工作能力不同，高糖原腿明显优于低糖原腿。高糖原腿的乳酸释出也明显多于低糖原腿。采用摄像方法对足球运动员的测定也有同样的效应。肌糖原多的一组运动员在全场比赛时可跑动12 000 m，其中快跑占24%；而肌糖原较低的运动员全场只跑了9 700 m，快跑只占15%。实践表明，系统的训练可以有效提高运动员肌糖原的贮量。

2.3 乳酸与糖酵解供能能力

糖酵解在释放能量再合成ATP中，产生大量的乳酸。乳酸的过多积聚会导致肌细胞中氢离子浓度升高，pH值降低，使ATP和ADP分子与镁离子结合的复合体浓度显著下降，这时收缩肌就不易获取ATP水解过程所提供的能量，收缩力降低，输出功率减少。在一般的生理条件下，ATP、ADP分子与镁离子结合的复合体是接受有关酶（ATP酶，肌激酶）催化的必需形式。由此，乳酸的积聚改变了pH，直接影响ATP的供能作用，从而影响运动员的运动能力。其次，pH值的下降会引起糖酵解限速酶的活性的降低，抑制糖酵解过程进而影响运动能力。研究结果表明，当肌肉中pH值降到6.4～6.5时，磷酸果糖激酶的活性显著降低，糖酵解过程显著减弱。值得注意的是，pH值降低引起的糖酵解抑制作用，实际上起到防止机体过度酸中毒的保护性机制的作用，同时也限制了糖酵解供能系统的供能能力。

2.4 肌纤维类型与糖酵解供能能力

肌肉活检结果表明，不同类型肌纤维具有不同的生化特征和代谢特征。一般来说，快肌纤维的糖酵解能力高，是运动时乳酸生成的主要部位。慢肌纤维的糖酵解能力较差，但氧化乳酸的能力却较强。 可见，运动员的快肌纤维多，糖酵解供能能力强，其速度耐力就好。

2.5 运动强度与糖酵解供能能力

静息状态时，骨骼肌糖酵解速度（从糖原转化为乳酸）大约是每分钟每克肌肉0.05 μmol，而在进行最大强度运动时的前20 s内，糖酵解速率可以增加1 000倍以上，即每分钟每克肌肉50～60μmol，骨骼肌能迅速获得大量能量保证实现较大功率的输出。因此，随着运动强度的增大，糖酵解供能的比例上升，而且运动强度愈大，糖酵解供能的百分率也愈高。

2.6 训练水平与糖酵解供能能力

不同训练水平的运动员，糖酵解的能力存在明显的差异。训练水平高的运动员最大糖酵解供能能力强于训练水平低的运动员，这与多年的系统训练导致运动员糖酵解酶的活性与肌糖原贮量的提高有关，是运动训练适应性变化的结果。如世界优秀400 m跑运动员，比赛后血乳酸高达21～23 mmol/L，而我国优秀选手一般在16～19 mmol/L，体育学院学生则在14～16 mmol/L。研究显示，当血乳酸为3 mmol/L时，运动水平较差的游泳运动员与高水平运动员的游速相等；但当血乳酸为4 mmol/L、6 mmol/L和8 mmol/L时，水平较差的游泳运动员比高水平运动员相对游速的下限值还分别慢1.2%、2.0%和3.5%。即乳酸值越高，游速差距越大，说明低水平游泳运动员的耐乳酸能力较差。

3 小 结

磷酸原供能系统输出功率最大，是速度、力量项目运动员运动时的主要供能系统，通过运动训练可以提高运动员体内的CP含量和ATP酶、CK的活性，从而提高磷酸原供能能力。糖酵解供能系统在产能的同时消耗糖，并产生乳酸，因此，肌纤维中肌糖原的贮备、代谢产物乳酸、肌纤维类型和运动强度，都影响糖酵解供能系统的供能能力。通过运动训练可增强运动员的耐酸能力，从而提高其糖酵解供能能力。

[1]冯炜权,谢敏豪,林文弢.运动生物化学研究进展[M].北京:人民体育出版社,2006

[2]谢敏豪,林文弢,冯炜权.运动生物化学[M].北京:人民体育出版社,2008

[3]冯炜权,谢敏豪,王香生,等.运动生物化学研究进展[M].北京:北京体育大学出版社,2006

[4]林文弢.运动生物化学[M].北京:人民体育出版社,2009

[5]Jay Hoffman.Physiological Aspects of Sports Training and Performance[M]. USA:Human Kinetics,2002

[6]Ronald J Maughan, Michael Gleeson. The Biochemical Basis of Sports Performance[M]. Oxford University Press, 2005