薛曉旭

(河南大學(xué) 河南開(kāi)封 475000)

短跑運(yùn)動(dòng)的能量供應(yīng)特點(diǎn)淺析

薛曉旭

(河南大學(xué) 河南開(kāi)封 475000)

該文通過(guò)文獻(xiàn)資料法、邏輯分析法對(duì)人體的三大供能系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)詳盡的描述,在深入了解和掌握供能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,對(duì)短跑各個(gè)項(xiàng)目的能量供應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行分析,找出其各自主要的供能特點(diǎn),認(rèn)為既然運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)體的物質(zhì)代謝伴隨著能量的轉(zhuǎn)換,則短跑項(xiàng)目的不同使其主要供能系統(tǒng)也有所不同。該研究旨在為運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練提供有意義的參考,對(duì)提高運(yùn)動(dòng)能力和成績(jī)有十分重要的意義。

短跑運(yùn)動(dòng) 供能系統(tǒng) 能量供應(yīng)特點(diǎn) 短跑訓(xùn)練

短跑項(xiàng)目有60 m、100 m、200 m、400 m。至今,對(duì)短跑項(xiàng)目的研究類文獻(xiàn)很多,但大多數(shù)都是對(duì)其中單個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行談?wù)?對(duì)人體能量供應(yīng)的研究文獻(xiàn)也頗多,但大多數(shù)都是簡(jiǎn)要的總結(jié)論述三大供能系統(tǒng)。該文在前人研究的基礎(chǔ)上,運(yùn)用文獻(xiàn)資料法、邏輯分析法對(duì)人體的三大供能系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)詳盡的描述,深入了解和掌握供能系統(tǒng),并對(duì)短跑各個(gè)項(xiàng)目的能量供應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行分析,希望能為運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練提供有意義的參考,提高其運(yùn)動(dòng)能力和成績(jī)。

1 人體三大供能系統(tǒng)及相互關(guān)系

1.1 磷酸原供能系統(tǒng)

三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate,簡(jiǎn)稱ATP)和磷酸肌酸(Phosphocreatine,簡(jiǎn)稱CP)分子內(nèi)都含有高能磷酸鍵,在代謝中都能通過(guò)磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移過(guò)程釋放能量,因此磷酸原供能系統(tǒng)就是指ATP和CP分解反應(yīng)組成的供能系統(tǒng)。

1.1.1 磷酸原系統(tǒng)供能過(guò)程

肌肉收縮時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的唯一直接能源是ATP,在運(yùn)動(dòng)時(shí)ATP的轉(zhuǎn)化速率大大加快且在一定時(shí)間內(nèi)正比于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。但ATP在肌肉中的含量很少,只能維持短時(shí)間內(nèi)的最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)。因此,激活磷酸肌酸途徑就顯得尤為重要。ATP在水解釋放能量的同時(shí),釋放腺嘌呤核苷二磷酸(Adenosine dipnosphate,簡(jiǎn)稱ADP),激活肌漿中的磷酸肌酸激酶(Creatine kinase,簡(jiǎn)稱CK),催化CP水解,將高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給ADP,重新合成ATP。

1.1.2 磷酸原系統(tǒng)供能特點(diǎn)

磷酸原系統(tǒng)中,ATP、CP作為底物水平磷酸化,即以分子內(nèi)高能磷酸基團(tuán)水解的方式供能,具有快速供能和最大功率輸出的特點(diǎn)。但ATP和CP的儲(chǔ)量有限,ATP和CP就構(gòu)成了最短時(shí)間運(yùn)動(dòng)供能系統(tǒng),它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)時(shí)最早被使用,其特點(diǎn)是不需要氧氣參與和功率輸出高。ATP高能磷酸鍵斷裂時(shí)釋放的能值極高。但肌細(xì)胞內(nèi)磷酸原儲(chǔ)量有限,只能維持最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)約6～8 s。磷酸原系統(tǒng)在短時(shí)間最大強(qiáng)度或最大用力的運(yùn)動(dòng)中起主要供能作用,如短跑、舉重等項(xiàng)目。

以CP為例,肌肉中CP含量為17 nmol/g,全速短跑可消耗CP13 nmol/g,故它僅可作為最初4 s的能量來(lái)源。通過(guò)在食物中增加肌酸,一定程度上可提高肌酸中CP的儲(chǔ)備,有助于提高磷酸原系統(tǒng)的能量?jī)?chǔ)備和功率輸出,這是力量和速度項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)充肌酸的原因。

1.2 糖酵解供能系統(tǒng)

糖酵解又稱為糖的無(wú)氧代謝,即在無(wú)氧條件下,糖原和葡萄糖分解生成乳酸并合成ATP的過(guò)程。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中骨骼肌依靠糖酵解供能的過(guò)程又稱為糖酵解供能系統(tǒng),是人體激烈活動(dòng)時(shí)能量的主要來(lái)源之一。

1.2.1 糖酵解系統(tǒng)供能過(guò)程

糖酵解過(guò)程分為兩個(gè)階段,共十個(gè)反應(yīng),最終1分子葡萄糖經(jīng)糖酵解可凈生成2分子ATP。

1.2.2 糖酵解系統(tǒng)供能特點(diǎn)

任何運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí),ATP都會(huì)在ATP酶催化下迅速水解放能。ATP的濃度一旦下降,CP立刻分解放能,用于ATP的合成。在短時(shí)間、大強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)中,ATP的生成主要由糖酵解系統(tǒng)來(lái)提供。在最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)6～8 s時(shí),CP成為主要的供能物質(zhì),糖酵解速率在最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)持續(xù)30～60 s時(shí)達(dá)到最大,并且糖酵解速率隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)而逐漸下降,最多只能維持2～3min。糖酵解系統(tǒng)是2～3min內(nèi)大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的重要供能系統(tǒng),雖然其最大輸出功率只有磷酸原系統(tǒng)的一半左右,但可維持較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,這對(duì)于需要速度和速度耐力的項(xiàng)目如400 m全力跑、l00 m游泳十分重要。

1.3 有氧代謝供能系統(tǒng)

有氧代謝是指在有氧的條件下,糖、脂肪和蛋白質(zhì)可被完全氧化成二氧化碳和水,并釋放大量能量合成ATP。在長(zhǎng)時(shí)間亞極量強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí),體內(nèi)處于最大攝氧量以下,運(yùn)動(dòng)骨骼肌的能量主要由糖、脂肪、蛋白質(zhì)的有氧代謝過(guò)程提供。

1.3.1 有氧代謝供能過(guò)程

(1)糖的有氧氧化過(guò)程。糖有氧氧化是體內(nèi)糖氧化分解,大量生成ATP的主要途徑,其一分子能生成36～38分子的ATP。糖的有氧氧化分兩個(gè)階段進(jìn)行。

(2)脂肪的有氧氧化過(guò)程。脂肪在被動(dòng)供能時(shí)分解為脂肪酸和甘油,在氧供應(yīng)充足的條件下,脂肪酸分解為乙酰CoA,徹底氧化成二氧化碳和水,并釋放大量的能量。

(3)蛋白質(zhì)的有氧氧化過(guò)程。蛋白質(zhì)在有氧供應(yīng)時(shí)分解成氨基酸,氨基酸可作為運(yùn)動(dòng)中的能源物質(zhì)。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)時(shí),5%～10%甚至更多的能量是來(lái)源于氨基酸和蛋白質(zhì)。如在90min的高強(qiáng)度訓(xùn)練中,蛋白質(zhì)能為肌肉提供高達(dá)20%的能量供應(yīng)。

1.3.2 有氧代謝供能特點(diǎn)

有氧代謝系統(tǒng)能利用糖原和脂肪合成大量的ATP,同時(shí)不產(chǎn)生疲勞的副產(chǎn)品,產(chǎn)能的總量大,維持的時(shí)間長(zhǎng),供能經(jīng)濟(jì),使人體能維持長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)。主要適用于長(zhǎng)時(shí)間耐力型項(xiàng)目如5000 m跑、10000 m跑、馬拉松、鐵人三項(xiàng)、長(zhǎng)距離滑雪等項(xiàng)目。

1.4 相互關(guān)系

在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中骨骼肌各供能系統(tǒng)同時(shí)發(fā)揮作用,都是互相聯(lián)系、互相依存的。所有的能源物質(zhì)都可以被肌肉利用。一種能源物質(zhì)單獨(dú)供能的情況不會(huì)出現(xiàn),只是供能的時(shí)間、順序和相對(duì)比例會(huì)隨運(yùn)動(dòng)狀況而有所差別。當(dāng)以最大的輸出功率運(yùn)動(dòng)時(shí),各供能系統(tǒng)在不同的時(shí)間內(nèi)維持運(yùn)動(dòng)：磷酸原系統(tǒng)只能維持運(yùn)動(dòng)6～8 s;30 s～2min內(nèi)運(yùn)動(dòng)靠糖酵解系統(tǒng)維持;3min以上的運(yùn)動(dòng)則由有氧代謝供能系統(tǒng)供能。根據(jù)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的不同,ATP再合成途徑有3個(gè)能量系統(tǒng)。

2 短跑各項(xiàng)目的能量供應(yīng)特點(diǎn)

2.1 60 m、100 m的能量供應(yīng)特點(diǎn)

像60 m跑、100 m跑的短距離爆發(fā)型項(xiàng)目主要為磷酸原供能系統(tǒng)。ATP提供的能量只能維持骨骼肌大強(qiáng)度收縮3次。CP以最快速方式再合成ATP供能作為在極限大強(qiáng)度下最主要和優(yōu)先途徑。當(dāng)肌肉中CP濃度降低到一半時(shí),糖酵解就會(huì)激活使得ATP濃度降低,從而使肌肉輸出功率逐漸減小。

極限強(qiáng)度下,10.6 s左右乳酸生成率可達(dá)極大值,此時(shí),糖酵解參與供能。高速跑的生物化學(xué)基礎(chǔ)指ATP、CP儲(chǔ)備供能及ATP-CP系統(tǒng)的相互代謝能力。60 m和100 m跑的成績(jī)受ATP-CP系統(tǒng)的能量供應(yīng)的影響,并且正比于血乳酸生成的濃度。

2.2 200 m的能量供應(yīng)特點(diǎn)

糖酵解供能是200 m跑的主要能量供應(yīng),占全程供能約60%左右,在生理學(xué)上可以提高肌肉內(nèi)糖原無(wú)氧酵解的能力,緩沖乳酸的能力和機(jī)體耐受乳酸的能力。在20 s以內(nèi)的能量運(yùn)動(dòng),主要由ATPCP能量體能供應(yīng);在30～60 s之間運(yùn)動(dòng)時(shí),糖酵解功能是主要的;有氧代謝供能和運(yùn)動(dòng)時(shí)間成正比。

2.2.1 ATP-CP系統(tǒng)供能

ATP分解為ADP和CP的同時(shí),釋放大量的能量,是運(yùn)動(dòng)員肌肉運(yùn)動(dòng)能量的直接而有效的來(lái)源。因此,ATP在運(yùn)動(dòng)員肌體中的儲(chǔ)存量和經(jīng)歷再合成,是運(yùn)動(dòng)員維持肌肉運(yùn)動(dòng)收縮、保證運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)連續(xù)高度運(yùn)行提供重要的保證。

2.2.2 無(wú)氧糖酵解供能

由于ATP-CP系統(tǒng)供能時(shí)間僅能維持6～8 s,無(wú)氧糖酵解供能系統(tǒng)是200 m跑運(yùn)動(dòng)員在缺氧的狀態(tài)下進(jìn)行的,因此200 m跑運(yùn)動(dòng)員后100 m供能能量主要由無(wú)氧糖酵解供能系統(tǒng)供應(yīng)。因此提高200 m運(yùn)動(dòng)員機(jī)體對(duì)無(wú)氧糖酵解供能系統(tǒng)釋放乳酸的耐受能力,避免運(yùn)動(dòng)員在后100 m比賽過(guò)程中過(guò)早出現(xiàn)疲勞的狀態(tài)。所以還應(yīng)該提高200 m跑運(yùn)動(dòng)員無(wú)氧糖酵解供能能力,為最后沖刺提供能力支持和保障。

2.3 400 m的能量供應(yīng)特點(diǎn)

400 m跑主要靠無(wú)氧供能提供能量。縱觀競(jìng)技體育的發(fā)展歷程,在整個(gè)能量供應(yīng)中,無(wú)氧供能所占的比例越來(lái)越大,而有氧供能比例逐漸降低。美國(guó)短跑專家威廉·布萊克長(zhǎng)期研究表明400 m跑時(shí)能量主要來(lái)源于三個(gè)方面：一是高能磷酸化合物的分解;二是無(wú)氧糖酵解過(guò)程分解;三是有氧代謝,它們?cè)谡麄€(gè)能量供應(yīng)中所占的比例分別為20%～25%、55%～60%和15%～25%。1983年時(shí)施納貝爾和金德曼兩人研究同樣表明400 m的供能是由以上3個(gè)供能系統(tǒng)參與的,其中磷酸原供能占35%,糖酵解系統(tǒng)占60%,而有氧系統(tǒng)僅為5%。

在運(yùn)動(dòng)中磷酸原、糖酵解和有氧3個(gè)供能系統(tǒng)同時(shí)被激活,無(wú)氧供能速率高于有氧供能速率,因此無(wú)氧供能產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能就高于有氧供能產(chǎn)生動(dòng)能。

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