体能科普||体能训练基础理论知识——运动过程中身体能量来源

体能科普||体能训练基础理论知识——运动过程中身体能量来源

运动时需要能量。运动是种力的应用，也就是说，肌肉收缩产生力以对抗阻力。能量是训练和比赛期间进行身体活动的先决条件。

运动员运动时需要能量。运动是种力的应用，也就是说，肌肉收缩产生力以对抗阻力。能量是训练和比赛期间进行身体活动的先决条件。基本上，我们吸收的能量来自于食物，在肌肉细胞水平上转化为一种高能址的化合物，其名为三磷酸腺苷，这种物质储存在肌细胞中。顾名思义，三磷酸腺苷包含一分子腺苷，三分子磷酸盐。

肌肉收缩所需要的能批来自于高能址的三磷酸腺苷分解为二磷酸腺苷(adenosine小phosphate, ADP)和无机磷酸盐(inorganic phosphate, Pi)的过程。一个磷酸键断开，使三磷酸腺苷分解成二磷酸腺苷和无机磷酸盐，并释放能量。肌肉中三磷酸腺苷的储存拭有限，因此身体需要不断补充三磷酸腺苷以供身体活动所需的能量。

身体可通过3个能量系统中的任何 个来补充三磷酸腺苷储存最， 这取决于身体活动的

磷酸原系统

磷酸原系统是高强度运动的主要无氧能量来源，其中包含三个关键的三磷酸腺苷反应过程。首先，三磷酸腺苷在骨骼肌中被分解成二磷酸腺苷和无机磷酸盐，并释放能量。由于肌肉中三磷酸腺苷的储备有限，需要进一步反应来维持其供应。其次，二磷酸腺苷和磷酸肌酸会再合成为三磷酸腺苷，其中磷酸肌酸中的一个磷酸盐会被移除，形成无机磷酸盐和肌酸。这些无机磷酸盐随后与二磷酸腺苷结合形成三磷酸腺苷分子。最后，二磷酸腺苷会被分解为一磷酸腺苷和无机磷酸盐，随后无机磷酸盐再次与二磷酸腺苷结合形成三磷酸腺苷分子。

骨骼肌中只能储存有限量的三磷酸腺苷，因此在高强度运动中，仅需短短10秒便可能耗尽三磷酸腺苷。同样，高强度运动仅需5秒，磷酸肌酸含量就会从初始水平下降50%至70%，如果进行高强度力竭训练，磷酸肌酸可能会完全耗尽。有趣的是，在运动开始的2秒内，磷酸肌酸是促使三磷酸腺苷形成的主要因素。然而，运动开始后10秒，磷酸肌酸供应三磷酸腺苷合成的能力会下降50%，30秒后这种供应将变得微乎其微。大约10秒后，糖酵解系统开始发挥作用。

磷酸原系统的能量供应在高强度运动中至关重要，例如短跑（如100米冲刺和40米冲刺）、跳水、美式橄榄球、举重、田径的跳跃和投掷项目，以及跳马和跳台滑雪。

磷酸原储备的恢复通常较快，运动30秒内可恢复70%的三磷酸腺苷储备，而在3至5分钟内可完全恢复。磷酸肌酸的恢复时间较长，2分钟可恢复84%，4分钟可恢复89%，8分钟可完全恢复。大部分磷酸肌酸的恢复是通过有氧代谢完成，但在高强度运动后，糖酵解系统也对磷酸原储备的恢复起到一定作用。

糖酵解系统

糖酵解系统作为第二个无氧能量系统，在人体运动表现的提高中扮演关键角色。运动员在进行持续20秒到2分钟的高强度活动时，主要依赖糖酵解系统来提供能量。该系统的主要能源来自于血糖和肌肉内储存的糖原的分解过程。在糖酵解系统供能的初始阶段，大部分三磷酸腺苷的供应来自于糖原的快速糖酵解；而当活动时间接近2分钟时，三磷酸腺苷的供应主要依赖于慢速糖酵解。

快速糖酵解会导致乳酸积累，而乳酸会迅速转化为乳酸盐。如果糖酵解速率过快，身体将减弱将乳酸转化为乳酸盐的能力，从而导致乳酸积累，引发身体疲劳，最终导致运动停止。在进行重复性高强度运动，尤其是休息时间较短的情况下，乳酸积累常常发生。高浓度乳酸积累可能意味着机体需要快速能量供应。

随着运动时间接近2分钟，三磷酸腺苷的供应从快速糖酵解转变为慢速糖酵解。随着运动强度降低，血糖和糖原的分解速率减缓，乳酸积累减少，身体能够缓冲乳酸并将其转化为乳酸盐，最终形成丙酮酸。丙酮酸会进入线粒体进行氧化代谢。乳酸会被输送至肝脏转化为葡萄糖，或被送至肌肉等活性组织转化为丙酮酸，用于氧化代谢。

糖原的利用量与饮食中摄入的碳水化合物相关。中低碳水化合物饮食会导致肌糖原含量减少，影响运动表现。在运动和比赛中，糖原的利用取决于运动的时长和强度。有氧运动和无氧运动，如间歇短跑和抗阻训练，会显著影响肌肉和肝脏的糖原储备。训练结束后，糖原完全恢复通常需要20至24小时。饮食中碳水化合物摄入不足或肌肉受损导致的过度运动会延长糖原恢复时间。运动员在训练后的2小时内，肌糖原合成速率较高。及时补充碳水化合物可使肌糖原储量增加45%，尤其在同一天内多次训练或比赛之间休息时间短时，补充碳水化合物尤为重要。

有氧供能系统

与糖酵解系统相似，有氧供能系统同样利用血糖和肌糖原来产生三磷酸腺苷。然而，糖酵解系统和有氧供能系统之间最大的区别在于与有氧供能系统相关的酶反应需要在有氧气条件下才能发生，而糖酵解系统的酶反应则不需要氧气。与快速糖酵解系统不同，有氧供能系统在血糖和糖原的分解过程中不会产生乳酸。此外，有氧供能系统还可以利用脂肪和蛋白质来生成三磷酸腺苷。

在运动员休息时，有氧供能系统主要依赖脂肪氧化过程产生70%的三磷酸腺苷，另外30%的三磷酸腺苷则来自碳水化合物的氧化。能量利用率取决于运动强度。根据布鲁克斯等人提出的'交叉概念'，低强度运动主要依赖脂肪和少量碳水化合物的氧化来产生三磷酸腺苷。随着运动强度增加，需要更多碳水化合物分解来产生三磷酸腺苷，同时脂肪消耗减少。这再次强调了高强度运动以碳水化合物为主要能量来源的概念。

有氧供能系统是持续运动2分钟到3小时（如800米赛跑甚至更长距离的径赛项目、越野滑雪、长距离速滑）所需三磷酸腺苷的主要来源。相反，低于2分钟的运动则依赖无氧系统来满足三磷酸腺苷需求。

教练和运动员需要深入了解练习和体育活动中能量供应的生物能量机制。教练应建立一个以生物能量学为基础的训练框架，该框架的核心是专项生物能量特征。通过澄清专项运动的能量来源，根据专项的生物能量特征分类（基于时长、强度、运动所使用的能量），教练和运动员可以制定有效的专项训练计划。

能量系统的重叠

无论在何种情况下， 多种能量系统都会参与三磷酸腺苷的总体生成。但是，根据运动相关的生理需求， 三磷酸腺苷产出会有一个主导的能量系统 。比如， 短时间的高强度运动如100米短跑， 显然依赖无氧能量系统才能满足此项运动的三磷酸腺苷需求 。随着活动时间延长， 有氧系统对三磷酸腺苷供应的作用越来越大。因此， 在进行特定专项训练时， 需要有一个主导供能系统来满足运动员的能量需求， 理解这些可以帮助教练和运动员针对体育活动的专项生物能量需求， 来制定训练计划”。

我们可以从血乳酸盐浓度了解是何种能扯系统作为主要的供能系统。乳酸浓度高就表明糖酵解系统供能的比例更高。在耐力或有氧运动中， 乳酸开始急剧增加的那个点，被称为乳酸阈 (lactate threshold, LT)。随着运动强度加大 ，乳酸阈是从有氧能扯供应转化为无氧能批供应的点。对于没有经过训练的运动员， 乳酸阈强度介千最大有氧能力（最大摄氧量）的 50%-60%，而经过严格训练的耐力型运动员， 其乳酸阈强度高达最大摄氧量的 80%。耐力型精英运动员的乳酸阈强度介千最大心率的 83%-93%。乳酸盐积累的第二次急剧增加大约超过4毫摩尔／升，这个急剧增加的点被称为血乳酸积累点(OBLA)。经过严格训练的耐力型运动员， 血乳酸积累点在最大心率的 90%-93%。

有研究表明， 乳酸阈和血乳酸积累的时间点受训练刺激影响 。伊斯法简尼和劳尔认为， 高强度间歇训练可以显著提升运动员的耐力表现和乳酸阈， 可以让耐力型运动员在乳酸积累之前进行更高强度的活动。

研究表明，反复冲刺训练可以增加糖酵解和氧化酶的活动，提高最短时间内的功率输出，提高最大有氧功率。有研究者建议， 高水平有氧能力可以促进身体从高强度无氧运动中恢复， 这是因为高水平的有氧能力促进了乳酸清除和磷酸肌酸的再合成”。但是， 这些发现可能会误导教练和运动员， 让他们认为为了提高运动员反复高强度无氧活动的恢复能力，他们需要进行有氧训练。然而， 多个研究清晰地论证了最大有氧功率或有氧能力， 对身体从反复高强度无氧运动中恢复起到的作用并不明显。主要以无氧供能系统为主导运 动项目的运动员， 他们会采用高强度间歇训练， 这样的训练会同时提高有氧能力， 从而提高训练后的恢复能力。尽管进行有氧训练可以显著提高身体的有氧功率和有氧能力， 但是通常会降低身体的无氧表现，因此，教练和运动员应该专注于自己专项的生物能量特征。

表 1.2 涉及不同专项的生物能扯特征。在间歇训练中， 活动之间的间歇会显著影响主要 能扯系统的使用 。短暂的运动－休息比（例如 1 : 1 或 1 : 3) 会选择性地动用有氧供能 系统， 而长时间的运动－休息比 (1 : 12 到 1 : 20) 则选择性地动用磷酸原系统 。教练 需要考虑专项的强度和时间特征模型， 设计与专项生物能量特征相一致的体能训练方法， 同时整合专项战术和技术成分。如果合理整合， 体能练习就可以与专项的时间和强度特征相匹配。为了设计有效的计划， 教练和运动员应该了解专项活动的运动表现特征和生物能量需求。

教练和运动员应该考虑持拍类运动项目的每个回合的时间，篮球或冰球的战术部分，多次活动之间的休息时间。例如，在为橄榄球、足球或英式橄榄球这些项目设计训练计划时，教练应该考虑运动员在球队中的专项位置。美式橄榄球中，平均每球的比赛时长在 46 秒，运动员有2545 秒的休息间隔；另外，不同的位置对身体的要求也不相同，在足球项目中，教练需要考虑不同专项位置每场比赛的跑动距离（后卫10千米，中卫12千米，前锋10.5千米），运动员的跑动距离会对每个运动员产生不同的生物能量压力。在足球比赛中，以无氧供能系统为主导的高强度活动总共有7分钟左右，运动员在比赛中平均有19次待续2秒左右的冲刺，其他一些活动则主要依赖有氧供能系统。