三种代谢能量系统

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三种代谢能量系统

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人体的能量代谢是一个复杂而精妙的过程，涉及多种能量系统和化学反应。本文将为您详细介绍三种主要的代谢能量系统：磷酸原系统、糖酵解和有氧系统，帮助您更好地理解人体如何获取和利用能量。

真正的能量是什么？

我们通常用笼统的术语谈论能量，例如“我今天没有很多能量”或“你可以感觉到房间里的能量。”但真正的能量是什么？我们从哪里获得移动的能量？我们如何使用它？我们如何获得更多？最终，是什么控制了我们的行动？三种代谢能量途径是磷酸原系统，糖酵解和有氧系统。“它们是如何工作的，它们的作用是什么？

爱因斯坦以其无穷的智慧发现物体的总能量等于物体的质量乘以光速的平方。他的原子能公式，E = mc2，已成为世界上最受认可的数学公式。根据他的方程式，物体能量的任何变化都会导致该物体质量的变化。能量的变化可以有多种形式，包括机械的、热的、电磁的、化学的、电气的或核的。能量就在我们身边。家里的灯、微波炉、电话、太阳；都传递能量。尽管加热地球的太阳能与爬山所用的能量完全不同，但正如热力学第一定律告诉我们的那样，能量既不能被创造也不能被摧毁。它只是从一种形式变为另一种形式。

ATP再合成

所有身体活动的能量都来自高能磷酸盐（腺苷）的转化。三磷酸盐...ATP）转化为低能磷酸盐（腺苷）di磷酸盐.ADP; 腺苷单磷酸盐AMP; 和无机磷酸盐，Pi）。在需要水的 ATP 分解（水解）过程中，会产生质子、能量和热量：ATP + H2Øï¿½�ADP + PiØ+ H+Ø+能量+热量。由于我们的肌肉不会储存太多的 ATP，我们必须不断地重新合成它。因此，ATP 的水解和再合成是一个循环过程——ATP 被水解成 ADP 和 Pi，然后是 ADP 和 Pi�结合以重新合成 ATP。或者，两个 ADP 分子可以结合产生 ATP 和 AMP：ADP + ADP。ï¿½�ATP + AMP。

像许多其他动物一样，人类通过三种代谢途径产生 ATP，这些代谢途径由许多酶催化的化学反应组成：磷酸原系统、糖酵解和有氧系统。您的客户用于 ATP 初级生产的途径取决于他们需要多快以及需要多少。例如，举重比在跑步机上慢跑需要更多的能量，因此需要依赖不同的能量系统。然而，ATP的产生从来不是靠一个能量系统的独占来实现的，而是通过不同程度贡献的所有能量系统的协调反应来实现的。

1. 磷原系统

在短期、高强度的活动中，肌肉需要产生大量的能量，从而产生对 ATP 的高需求。磷酸原系统（也称为 ATP-CP 系统）是重新合成 ATP 的最快方法（Robergs & Roberts 1997）。储存在骨骼肌中的磷酸肌酸 (CP) 向 ADP 提供磷酸盐以产生 ATP：ADP + CPï¿½�ATP + C。此过程中不使用碳水化合物或脂肪； ATP 的再生完全来自储存的 CP。由于该过程不需要氧气来重新合成 ATP，因此它是厌氧的或不依赖氧气的。作为重新合成 ATP 的最快方法，磷酸原系统是用于持续约 10 秒的全面运动的主要能量系统。然而，由于骨骼肌中储存的 CP 和 ATP 数量有限，因此会迅速发生疲劳。

2. 糖酵解

糖酵解是用于全力以赴的主要能量系统行使持续时间从 30 秒到约 2 分钟，是重新合成 ATP 的第二快方法。在糖酵解过程中，血糖（糖）或肌糖原（葡萄糖的储存形式）形式的碳水化合物通过一系列化学反应分解形成丙酮酸（糖原首先通过称为葡萄糖的过程分解为葡萄糖） Ø糖原分解）。对于通过糖酵解分解成丙酮酸的每个葡萄糖分子，都会产生两个可用的 ATP 分子（Brooks et al. 2000）。因此，通过该途径产生的能量非常少，但代价是您可以快速获得能量。一旦形成丙酮酸，它有两种命运：转化为乳酸或转化为称为乙酰辅酶 A（乙酰辅酶 A）的代谢中间分子，该分子进入线粒体进行氧化并产生更多的 ATP（Robergs & Roberts 1997）。当对氧气的需求大于供给时（即在无氧运动期间），就会发生向乳酸的转化。相反，当有足够的氧气可以满足肌肉的需求时（即有氧运动期间），丙酮酸（通过乙酰辅酶A）进入线粒体并进行有氧代谢。

当氧气供应不足以满足肌肉的需求（无氧糖酵解）时，氢离子（导致肌肉 pH 值降低；称为酸中毒）和其他代谢物（ADP、Pi和钾离子）。酸中毒和这些其他代谢物的积累会导致肌肉内部出现许多问题，包括抑制参与新陈代谢和肌肉收缩的特定酶，抑制钙从其在肌肉中的储存部位释放（肌肉收缩的触发因素），以及干扰肌肉的电荷 (Enoka & Stuart 1992; Glaister 2005; McLester 1997)。由于这些变化，肌肉失去了有效收缩的能力，肌肉力量的产生和运动强度最终降低。

3. 有氧系统

由于人类进化为有氧活动（Hochachka, Gunga & Kirsch 1998; Hochachka & Monge 2000），因此依赖氧气的有氧系统是三个能量系统中最复杂的也就不足为奇了。在氧气存在下发生的代谢反应是身体产生的大部分细胞能量的原因。然而，有氧代谢是再合成 ATP 最慢的方式。氧气，作为新陈代谢的元老，深知等待是值得的，因为它掌控着耐力的命运，是生命的寄托。 “我是氧气，”它对肌肉说，不仅仅是一种优越感。 “我可以给你很多ATP，但你必须等待它。”

有氧系统——包括三羧酸循环„（也称为“柠檬酸循环或 TCA 循环) 和电子传输链„使用血糖、糖原和脂肪作为燃料，在肌肉细胞的线粒体中重新合成 ATP（参见侧栏“能量系统特征”）。鉴于其位置，有氧系统也被称为。线粒体呼吸。当使用碳水化合物时，葡萄糖和糖原首先通过糖酵解代谢，生成的丙酮酸用于形成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环。克雷布斯循环中产生的电子然后通过电子传输链传输，在那里产生 ATP 和水（这个过程称为氧化磷酸化)（罗伯格斯和罗伯茨 1997 年）。葡萄糖通过糖酵解、克雷布斯循环和电子传递链完全氧化，每分解一个葡萄糖分子就会产生 36 个 ATP 分子（Robergs & Roberts 1997）。因此，有氧系统从每个葡萄糖分子中产生的 ATP 是无氧糖酵解的 18 倍。

脂肪，以甘油三酯的形式储存在皮肤下方和骨骼肌内的脂肪组织中（称为...肌注甘油三酯)，是有氧系统的另一种主要燃料，也是体内最大的能量储存器。使用脂肪时，甘油三酯首先分解为游离脂肪酸和甘油（这一过程称为...脂肪分解）。由长链碳原子组成的游离脂肪酸被运输到肌肉线粒体，在那里碳原子被用来产生乙酰辅酶A（这个过程称为...β-氧化).

乙酰辅酶A形成后，脂肪代谢与碳水化合物代谢相同，乙酰辅酶A进入克雷布斯循环，电子被输送到电子传递链形成ATP和水。游离脂肪酸的氧化比葡萄糖或糖原的氧化产生更多的 ATP 分子。例如，脂肪酸棕榈酸酯的氧化产生 129 个 ATP 分子（Brooks et al. 2000）。难怪客户可以比无氧运动更长时间地进行有氧运动！

在为您的客户安排适当的强度和持续时间的锻炼时，了解如何为身体活动产生能量非常重要。所以下次当你的客户完成锻炼并想，‘我有很多能源，'你会知道他们从哪里得到的。