三大能量系统：我们的身体如何供能？

三大能量系统：我们的身体如何供能？

能量是生命得以存续的核心，一个正常活动量的人类，每天产生与他的体重大致相等的ATP，如果活动量大，例如高强度运动时，能量的产出与消耗还会大幅增加；一个人如果停止产出ATP，只需要6秒钟，就会死亡；而我们大多数人，都可以憋气（不摄入氧气）60秒以上，训练有素的运动员甚至可以憋气十几分钟（无氧状态）。

因此，为了保持身体在每时每刻都有能量产出，身体有一套严谨的能量系统。了解这套系统的运作，对我们的训练，健康，减肥，寿命等方面都将大有裨益。

身体的能量底物

身体的能量底物来自饮食中提供的碳水化合物，脂肪，蛋白质等三大能量营养素，这三大类能量营养素在胃肠道被分解为葡萄糖、脂肪酸、氨基酸，然后经过许多复杂的生理机制，进入细胞，为每一个细胞产生最终的能量载体ATP。

蛋白质虽然可以作为能量底物被消耗，但它承担的更多指责是构建和修复身体，以确保身体正常运作，只有在某些特殊情况下，某些特殊氨基酸，例如丙氨酸通过脱氨转化为丙酮酸直接参与能量供应，或通过糖异生合成葡萄糖参与能量供应，总之，蛋白质在大多数时候，都不会作为主要的能量来源。

因此，身体最主要的能量底物，主要来自碳水化合物和脂肪。

身体的能量系统

为应对不同生存状态下的能力需求，在漫长的进化过程中，身体发展了3种能量系统，分别为：肌酸磷酸系统、无氧（糖酵解）系统、有氧（氧化）系统，以满足细胞对ATP的需求。身体的大多数活动都依靠这三种能量系统的连续工作来确保持续的能量供应。

这些能量系统并非独立运作，也不是孤立运作。相反，所有系统都在时刻运作。然而，有些系统可能根据身体活动而占主导地位，包括身体活动的类型、强度和持续时间以及个人的健康水平。

如下图所示：

1.磷酸肌酸系统

磷酸肌酸系统是骨骼肌中天然存在的能量系统，身体通过将食物中的肌酸，加工为磷酸肌酸进行储存，肌酸存在于动物产品（尤其是红肉）和 肌酸补充剂（比如一水肌酸）中。在人体内，大约95%的肌酸储存在骨骼肌中，这成为了骨骼肌快速爆发最大力量时的主要能量来源，实际上，肌酸储备量与骨骼肌的最大力量呈正比。

磷酸肌酸系统的主要优点是它可以在眨眼间产生大量 ATP。这使得它非常适合需要非常短暂、强烈的爆发力的活动，例如百米冲刺或 举重或投掷铅球之类的运动。因此，这个系统也是无氧的，不需要氧气参与，它利用肌肉中储存的相对少量的 ATP 作为直接的能量来源。当身体的 ATP 供应耗尽时（这发生在几秒钟内），肌肉中的能量化合物磷酸肌酸 (PC) 的分解会形成额外的 ATP。

因此，20 秒以内的高强度运动几乎不会产生乳酸堆积，因此疲劳感更少。

但缺点也非常明显， 它一次只能供应大约10秒钟左右剧烈运动的能量需求。研究表明，休息 1 分钟后肌酸磷酸系统峰值功率输出可恢复 80%，恢复 3 分钟后可恢复 92%，大约5分钟可以恢复到100%；一旦我们耗尽了 ATP（例如，通过 1 次最大深蹲尝试），肌肉至少需要休息 3 分钟才能恢复最大可能的 ATP 和磷酸肌酸。

对于追求短期爆发力的运动员来说，这个系统对他们尤其重要，实际上，他们的许多训练项目，例如10秒钟最大力量训练，然后休息3分钟，或10秒钟最大速度冲刺，然后休息3分钟，如此往复，就是针对这个系统的训练，由于本文主要是写给非运动员的普通人参考，因此这方面不过多介绍。

那么，这个系统对我们普通人来说，意味着什么？

• 磷酸肌酸系统对于骨骼肌的能量稳态至关重要，而骨骼肌的能量稳态，又与骨骼肌质量直接相关，因此，保持这个系统的正常运转，对于维持肌肉质量尤其重要。
• 磷酸肌酸系统对于骨骼肌的胰岛素敏感性非常重要，在关于肌酸补充剂的临床研究中，肌酸补充剂结合运动计划可改善 2 型糖尿病患者的血糖控制，其潜在机制似乎与肌膜中 GLUT-4 募集增加有关。实际上，仅仅只是单纯的力量运动，而不额外服用肌酸补充剂，都可以改善2型糖尿病的胰岛素敏感性，这与运动改善磷酸肌酸系统，而这个系统反过来又改善胰岛素敏感性。
• 磷酸肌酸系统对于心脏健康非常重要，在心力衰竭患者中，由于心脏供血不足导致摄氧量不足，因此心脏的能量代谢由有氧为主过渡到无氧为主，这种情况下，磷酸肌酸系统可以为心脏能量支持，以减轻心肌负担。
• 对于想要减肥或塑形的人来说，这个系统也很重要，因为有助于帮助保持肌肉质量，以维持基础代谢，因此，在利于减肥的同时，也利于减肥后的巩固。

如何训练磷酸肌酸系统？

• 十秒钟，三分钟！
• 记住这个原则即可，尽最大力量或最快速度活动十秒钟，然后休息三分钟，如此反复。

2，无氧（糖酵解）系统

对运动员来说，在最初的10-20秒能量爆发后，磷酸肌酸系统暂时退出，能量供应将由无氧系统接管，

无氧系统是持续 10 秒到几分钟的高强度运动中最主要的能量系统。事实上，这条途径在马拉松比赛中仍会提供能量，但速度要慢得多。它从肌糖原（葡萄糖的储存形式）产生能量。

糖酵解可以在有氧或无氧的情况下发生，当6碳葡萄糖在胞质溶胶中经过一系列步骤转化为2个3碳丙酮酸时，会产生2个ATP（净收益），此时丙酮酸会面临两种代谢命运，在有氧的状态下，丙酮酸转化为乙酰辅酶A，然后进入线粒体，进行有氧氧化，最终产生约15个ATP；在无氧的状态下，丙酮酸通过乳酸脱氢酶转化为乳酸，在此过程中产出2分子ATP；虽然无氧氧化的净产出更低，但其速度却更快，大约比有氧氧化速度快100倍。

因此，这种特性使糖酵解无氧氧化成为了持续 10 秒到几分钟的高强度运动中最主要的能量系统。这个系统的优势很明显，缺点当然也同样明显，那就是会产生大量的乳酸和氢，而运动后的肌肉酸痛以及疲劳，就来自于这些代谢物的积累。

以前的观点认为是乳酸的积累导致运动后的疲劳，但现在我们已经知道运动后的疲劳和烧灼感实际上来自无氧氧化时的氢离子以及ATP快速代谢后的无机磷酸盐等两种无机物的积累所致。

实际上，中高强度运动期间的乳酸，根本不会在血液中停留太长时间，因为它很快会通过乳酸循环（科里循环）通过糖异生途径转化为葡萄糖，或通过乳酸脱氢酶的重新转化为丙酮酸，再进入有氧或无氧系统进行氧化，作为一种珍贵的燃料，身体绝对不会浪费乳酸。

无氧系统对普通人有何意义？

• 对不含线粒体的细胞，比如红细胞，晶状体细胞等，它们通过无氧系统获取能量。
• 在氧气供应不充足的情况下，人体依靠无氧系统获取能量。
• 在局部供氧不足，例如心肌缺血或心肌梗塞等情况下，心脏依赖无氧系统获取能量。
• 无氧系统的代谢物：乳酸，以及氢离子、无机磷酸盐，是评估身体新陈代谢的重要参数。
• 无氧系统对需要持续发力的运动，例如爬楼梯、爬山、骑自行车、打羽毛球、打篮球、HIIT等各种运动非常重要。

3，有氧氧化系统

有氧系统是我们体内超过99%的细胞在巨大多数时候获取能量的主要方式，这个系统几乎可以利用一切能量载体，例如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸、蛋白质、甘油三酯、糖原、乳酸、酮体、乙醇等。

之所以被称为有氧氧化，是因为能量代谢的最后一步，ATP体内的主要能量载体，因此，它被称为能量货币，能量储存在ATP的磷酸键中，当能量从磷酸键中释放的一刹那，ATP转化为ADP，而损失的电子则由氧接受，从而生成水。由于氧是电子的最终受体，因此这个系统，被称为有氧系统。

有氧系统擅长以最大效率利用能量，以葡萄糖为例，在无氧系统下，1个葡萄糖分子，仅能产出4个ATP分子（2个来自糖酵解，2个来自丙酮酸转化为乳酸），而在有氧系统，1个葡萄糖分子通过糖酵解、三羧酸循环、电子传递链（氧化磷酸化）、ATP合酶等一系列有氧系统的加工后，可以产出32或33个ATP分子，能量产出提高了8倍。

由于有氧系统可以灵活利用各种能量底物，因此，有氧状态下的燃料在一定程度上受饮食摄入的影响，例如，当我们以碳水化合物为主的时候，身体的燃料就以葡萄糖为主，而当我们的膳食热量以脂肪为主的时候，身体的燃料就以脂肪为主。

但有些器官或细胞会存在燃料底物偏好，例如，心脏和肝脏更偏好燃烧脂肪，实际上，在日常生活状态下，心脏和肝脏这个基础代谢的主力器官，其消耗能量的60%以上都来自脂肪，而红细胞和晶状体细胞等无氧氧化细胞，则无论我们是以燃糖为主还是燃脂为主，它们都只能通过葡萄糖的无氧氧化供能。

总体而言，有氧氧化是身体燃烧能量底物产生ATP的主要方式，也是身体唯一可以燃烧脂肪的能量系统，因为在磷酸肌酸系统和无氧系统下，脂肪都无法燃烧。

这就是为什么当我们处在最大摄氧量的45-65%区间时，身体能够最大程度燃烧脂肪的原因。

这就是为什么有氧氧化系统可以近乎无限的产生ATP而不受时间限制的原因，因为就算一个体重只有70公斤，体脂率只有5%的人，他也有高达27400大卡的能量储备，在完全不摄入卡路里的情况下，可以存活22天（每天消耗1200大卡）。理论上来说，体脂率越高的人，在没有卡路里摄入的情况下，可以存活更长时间，因为他有更多的能量储备。

有氧系统对普通人意味着什么？

• 有氧系统是唯一燃烧脂肪的系统，也是唯一燃烧酮体、乳酸、乙醇的系统，更是唯一支持长期生命活动的系统。
• 无氧系统（力量训练）促进肌肉增生，提高肌肉质量，虽然无氧时燃烧糖，但质量更大的肌肉在有氧时也燃烧更多脂肪。
• 有氧系统是身体代谢灵活性的关键，而代谢灵活性，是新陈代谢系统健康的体现。因此锻炼有氧系统，对新陈代谢至关重要。
• 有氧系统是心脏和肝脏能量代谢的首选系统，在系统健康的情况下，心脏和肝脏的能量主要来自脂肪酸。
• 对有氧系统伤害最大的是能量毒性和氧化应激，同样的道理，这两者同时也是胰岛素抵抗，2型糖尿病，代谢综合征，慢性炎症等许多慢性疾病的发展基础之一。
• 优化有氧系统的最佳方式是在最大摄氧量（Vo2maxA）的45-65%区间，每周坚持2-3次，每次30-60分钟的长时间有氧运动。
• 最大摄氧量的计算方式请参考本文末尾部分：什么运动燃烧脂肪最佳？运动需要补充碳水吗？

文末总结：

身体的三大供能系统，并不是孤立操作的，所有这三个能量系统 一直在工作 ，但每个系统的贡献取决于锻炼的强度和时长。

休息时，有氧系统正在为我们的身体产生几乎所有能量。

在中等强度的运动中，有氧系统产生大部分能量，但我们也可以从无氧系统获得一些能量。

在高强度运动时，有氧系统产生一些能量，但大部分能量由无氧系统产生。

在全力以赴、竭尽全力的运动过程中，磷酸肌酸系统产生大部分能量，无氧系统产生一些能量，而有氧系统几乎不产生任何能量。

我们如何利用这三个系统，取决于我们的目标，假如我们的目标是以增强力量为主，那么着重优化磷酸肌酸系统；如果目标是以增加肌肉质量为主，那么着重优化无氧系统；如果目标是燃烧脂肪优化体态，则应无氧有氧结合。

有人会有这样的疑问，有氧运动不是会消耗肌肉吗？

这个疑问有对的部分，也有不对的部分，我们分开说说。

首先说对的部分，有氧运动消耗肌肉源于这样的推测：

由于骨骼肌中储备的糖原有限（大约300克，训练有数的运动员可以提升到500克），因此，在长时间有氧运动后，由于肌糖原耗尽，身体将被迫分解肌肉以产生蛋白质，然后蛋白质通过糖异生的方式转化为葡萄糖，以供身体燃烧。

这个逻辑是通顺的，因为在某些特殊情况下，例如长时间（持续运动超过2小时），且代谢不灵活的情况下，确实有可能发生这种极端情况。

但不对的地方，在于这几点：

首先是并非所有肌肉都会燃糖为主，实际上，骨骼肌中储存的肌糖原，也不会平均分布在所有骨骼肌中，而是更多的集中在快肌纤维中，即所谓的II型X类肌肉纤维，这类肌肉纤维细胞中肌红蛋白和线粒体含量低，糖原储备高，因此肌肉颜色在解剖学上呈白色，这类肌肉纤维是爆发力量的首选，比如大腿的股四头肌，臀大肌，肱二头肌，肱三头肌等大型肌肉。

而慢肌纤维，即所谓的I型肌肉纤维和II型A类肌肉纤维，肌红蛋白和线粒体含量丰富，在解剖学上呈红色，这两类肌肉是耐力型运动的首选，比如在小腿中，比目鱼肌的I型肌肉纤维含量高达88%，而胫骨前肌含有70%的I型肌肉，胫骨后肌含有50%的I型纤维，充分说明小腿是以燃烧脂肪为主的氧化型骨骼肌

因此，在慢肌纤维中，能量储备的主要形式是储存在肌肉细胞中的脂滴，即甘油三酯，而不是糖原。这从跑步运动员训练后，补充脂肪比补充葡萄糖能够更快恢复肌肉疲劳度看出来。

换句话说，代谢灵活性正常的人，在骨骼肌中的糖原耗完后，几乎可以无缝对接利用肌肉细胞中的脂肪供能，而不至于分解肌肉。

此外，除了少数特殊运动（例如马拉松运动员），极少会有人持续2小时以上的有氧运动，且保持在一定的强度。因此，对于大多数普通人来说，无需担心这个问题。

下面给出优化不同能量系统的运动方式，仅供参考：

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本文6篇参考文献列表（滑动查看）

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