無氧代謝供能系統與運動能力

林文弢（廣州體育學院，廣東 廣州 510500）

無氧代謝供能系統與運動能力

林文弢
（廣州體育學院，廣東 廣州 510500）

無氧代謝供能系統包括磷酸原供能系統和糖酵解供能系統。運動員進行短時間、大強度劇烈運動時，所需能量主要來自無氧代謝供能系統。磷酸原供能系統輸出功率最大，是速度、力量項目運動員運動時的主要供能系統，糖酵解供能系統的供能高峰維持1 min左右，直接影響運動員的速度耐力素質。

無氧代謝；能量；運動能力

運動員運動訓練和比賽時的能量供應常被分為無氧代謝供能系統和有氧代謝供能系統，無氧代謝供能系統包括磷酸原供能系統（ATP—CP供能系統）和糖酵解供能系統（乳酸能供能系統）；有氧代謝供能系統包括糖有氧氧化供能系統和脂肪、蛋白質有氧氧化供能系統。2個代謝和4個不同的供能系統相互聯系，相互影響，共處于一個統一體中。不同運動項目或相同運動項目的不同運動方式及負荷量，提供能量的供能系統都有所不同，但不同供能系統只有主次之別，沒有絕對的界限。短時間大強度的劇烈運動，如100 m跑，主要由磷酸原供能系統供能；馬拉松跑則以糖有氧氧化和脂肪有氧氧化供能為主。

1 磷酸原供能系統與運動能力

磷酸原供能系統的能量一般以高功率的輸出和高速率的轉運，對運動員的運動能力有極為重要的意義。磷酸原供能系統直接影響運動員的力量和速度素質。

1.1 磷酸原（ATP－CP）供能系統的供能特點

磷酸原供能系統主要由ATP（三磷酸腺苷）、CP（磷酸肌酸）組成，由于其分子中含有高能磷酸基團（～P），在供能代謝中通過轉磷酸基團過程釋放能量，所以稱為磷酸原，它們構成的供能系統則被稱為磷酸原供能系統。ATP、CP在骨骼肌中貯量少，供能時間短，在最大強度運動時，供能約6 ～ 8 s。但ATP、CP分解供能速度極快，由它們構成的供能系統的輸出功率最大，約為50 W/kg·BW，直接影響運動員的速度和力量素質。

1.2 影響磷酸原供能系統的生化因素

ATP是肌肉工作時的唯一直接能源物質。由于ATP在細胞內濃度很低，故提供骨骼肌最大強度運動的時間不足1 s。在ATP消耗的同時，CP被迅速分解，把高能磷酸基團轉給ADP（二磷酸腺苷），使ADP磷酸化合成ATP，因此，即使是最大強度運動，ATP的濃度也幾乎變化不大。對機體的能量代謝來說，使高能磷酸基團迅速轉運以提高ATP的再合成，是極為重要的調節機制。在細胞內，一旦ATP/ADP比值降低，CK（磷酸肌酸激酶）激活，CP與ATP之間的～P轉運過程啟動，直到CP含量顯著排空前肌細胞內ATP濃度變化較小，用以保證肌肉持續進行收縮。可見，在磷酸原系統中，CP在影響供能能力上就涉及到CP轉運高能磷酸基團的CK活性，以及CP本身含量的2個因素，尤以CK活性最為突出。

1.3 運動訓練對磷酸原系統的影響

大量研究表明，運動訓練對骨骼肌ATP貯量影響不明顯，但能顯著提高ATP酶的活性，對加快運動時ATP利用和再合成的速度具有積極意義。

不同形式的訓練對快、慢肌纖維的CP需求不同。在耐力性訓練中，運動負荷經常較低，只有慢肌纖維得到動用，不產生對快肌的訓練適應性。相比之下，在短跑、舉重等速度、力量性訓練中，首先動用快肌纖維，使它們的分解、合成和貯存CP的能力得到適應性改善。長時間運動訓練至力竭時，對受到訓練的慢肌纖維內的CP的利用幾乎與快肌纖維一樣有效，骨骼肌CP貯量明顯增多。

運動訓練對CK活性也有影響，速度訓練后的動物細胞內CK活性可提高20%，經耐力訓練可提高15%。CK活性提高意味著加快ATP的轉換速率，即提高肌肉的最大輸出功率。由此可見，運動訓練對磷酸原系統的影響主要表現在促進骨骼肌內ATP酶和CK活性的提高，增多CP的貯量，有利于短時間劇烈運動時ATP的高效分解與合成，提高磷酸原系統的供能能力，從而提高運動員的力量與速度能力。

2 糖酵解供能系統與運動能力

糖經無氧氧化分解生成乳酸的同時釋放能量，使ADP磷酸化合成ATP，這一供能系統稱為糖酵解供能系統。由于該供能系統產生大量乳酸，又稱乳酸能供能系統。可以說，產能越多，糖的消耗越多，乳酸的生成也越多。因此，影響糖酵解供能系統的供能能力的因素涉及能量物質本身的貯備、代謝產物乳酸、代謝過程相關的肌纖維類型和運動強度，以及運動者自身的條件等。

2.1 糖酵解供能系統的供能特點

糖酵解供能的輸出功率較大，是磷酸原供能的一半，約為25 W/kg?BW。糖酵解供能時間比磷酸原長，這對需要速度和速度耐力的運動項目十分重要，是1～2 min大強度運動時主要的供能系統。

2.2 糖原貯備與糖酵解供能能力

機體內肌糖原的多與少直接影響糖酵解供能系統的供能量，從而影響運動員的速度耐力。實驗證明，單腿運動使糖原水平通過運動處于降低狀態，再進行雙腿運動，則兩腿的最大工作能力不同，高糖原腿明顯優于低糖原腿。高糖原腿的乳酸釋出也明顯多于低糖原腿。采用攝像方法對足球運動員的測定也有同樣的效應。肌糖原多的一組運動員在全場比賽時可跑動12 000 m，其中快跑占24%；而肌糖原較低的運動員全場只跑了9 700 m，快跑只占15%。實踐表明，系統的訓練可以有效提高運動員肌糖原的貯量。

2.3 乳酸與糖酵解供能能力

糖酵解在釋放能量再合成ATP中，產生大量的乳酸。乳酸的過多積聚會導致肌細胞中氫離子濃度升高，pH值降低，使ATP和ADP分子與鎂離子結合的復合體濃度顯著下降，這時收縮肌就不易獲取ATP水解過程所提供的能量，收縮力降低，輸出功率減少。在一般的生理條件下，ATP、ADP分子與鎂離子結合的復合體是接受有關酶（ATP酶，肌激酶）催化的必需形式。由此，乳酸的積聚改變了pH，直接影響ATP的供能作用，從而影響運動員的運動能力。其次，pH值的下降會引起糖酵解限速酶的活性的降低，抑制糖酵解過程進而影響運動能力。研究結果表明，當肌肉中pH值降到6.4～6.5時，磷酸果糖激酶的活性顯著降低，糖酵解過程顯著減弱。值得注意的是，pH值降低引起的糖酵解抑制作用，實際上起到防止機體過度酸中毒的保護性機制的作用，同時也限制了糖酵解供能系統的供能能力。

2.4 肌纖維類型與糖酵解供能能力

肌肉活檢結果表明，不同類型肌纖維具有不同的生化特征和代謝特征。一般來說，快肌纖維的糖酵解能力高，是運動時乳酸生成的主要部位。慢肌纖維的糖酵解能力較差，但氧化乳酸的能力卻較強。 可見，運動員的快肌纖維多，糖酵解供能能力強，其速度耐力就好。

2.5 運動強度與糖酵解供能能力

靜息狀態時，骨骼肌糖酵解速度（從糖原轉化為乳酸）大約是每分鐘每克肌肉0.05 μmol，而在進行最大強度運動時的前20 s內，糖酵解速率可以增加1 000倍以上，即每分鐘每克肌肉50～60μmol，骨骼肌能迅速獲得大量能量保證實現較大功率的輸出。因此，隨著運動強度的增大，糖酵解供能的比例上升，而且運動強度愈大，糖酵解供能的百分率也愈高。

2.6 訓練水平與糖酵解供能能力

不同訓練水平的運動員，糖酵解的能力存在明顯的差異。訓練水平高的運動員最大糖酵解供能能力強于訓練水平低的運動員，這與多年的系統訓練導致運動員糖酵解酶的活性與肌糖原貯量的提高有關，是運動訓練適應性變化的結果。如世界優秀400 m跑運動員，比賽后血乳酸高達21～23 mmol/L，而我國優秀選手一般在16～19 mmol/L，體育學院學生則在14～16 mmol/L。研究顯示，當血乳酸為3 mmol/L時，運動水平較差的游泳運動員與高水平運動員的游速相等；但當血乳酸為4 mmol/L、6 mmol/L和8 mmol/L時，水平較差的游泳運動員比高水平運動員相對游速的下限值還分別慢1.2%、2.0%和3.5%。即乳酸值越高，游速差距越大，說明低水平游泳運動員的耐乳酸能力較差。

3 小 結

磷酸原供能系統輸出功率最大，是速度、力量項目運動員運動時的主要供能系統，通過運動訓練可以提高運動員體內的CP含量和ATP酶、CK的活性，從而提高磷酸原供能能力。糖酵解供能系統在產能的同時消耗糖，并產生乳酸，因此，肌纖維中肌糖原的貯備、代謝產物乳酸、肌纖維類型和運動強度，都影響糖酵解供能系統的供能能力。通過運動訓練可增強運動員的耐酸能力，從而提高其糖酵解供能能力。

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