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运动常识:人体三大能量系统

时间:2018/10/20 16:45:20

摘 要 为了维持生命,身体器官会不断地运作,所以人体一天24小时都在消耗能量,不过,激烈运动时所需的能量当然较静态活动时高出许多,甚至达200倍左右,因此运动时身体必须快速因应才能提供足够的能量。

人体就像是一台机器,需要能量才能让这部机器发动运作,而人体所需要的燃料就是大家所吃下的食物,经由消化系统处理过之后,将其中的营养成分经过一连串的代谢过程转变成人体细胞所需的能量形式──三磷酸腺苷(ATP, Adenosine Triphosphate)。

为了维持生命,身体器官会不断地运作,所以人体一天24小时都在消耗能量,不过,激烈运动时所需的能量当然较静态活动时高出许多,甚至达200倍左右,因此运动时身体必须快速因应才能提供足够的能量。

一起来看运动中的能量转换!

人体运动时需要大量能量。

人体在运动时,是经由肌肉收缩所达成,而肌肉收缩所需要的能量,来自于储藏在肌肉里的ATP分解为ADP(二磷酸腺苷)时所产生。但是存在于肌肉细胞中的ATP却非常有限,大约在2~3秒就会被耗尽,为了让运动能继续进行,身体会经由其他代谢路径来不断提供ATP给细胞使用,这些路径包括:

(1)经由磷酸肌酸(Phosphocreatine, PC)的分解来重新合成;

(2)将糖类经由“糖解作用 (glycolysis)”产生;

(3)将糖类、脂肪与蛋白质经由氧化作用代谢形成。


运动时的三种能量系统

1.ATP-PC系统:爆发性/大功率/极短时间


ATP-PC系统或磷化物系统是人体制造ATP最快速的方式,当肌肉细胞内的ATP被分解,同时间原本储存在肌肉细胞内的磷酸肌酸(Phosphocreatine, PC)会借由肌酸激酶(Creatine Kinase)的催化分解为肌酸及磷酸,同时也会释放出能量,而这过程产生的能量则可以帮助ADP重新合成为ATP。不过,因为储存在肌肉中的ATP或PC的数量不多,故此系统所产生的ATP主要是提供于运动初始时或是10秒内完成高强度运动的能量来源,例如:短跑冲刺、挥棒击球、挥拳等等。

2.乳酸系统:中等功率/短时间

乳酸系统(Lactic Acid System)是肌肉细胞中ATP与PC将耗尽且运动需持续进行时会启动的能量系统,简单来说是将葡萄糖或肝糖经由糖解作用分解为丙酮酸(Pyruvic Acid)或乳酸(Lactic Acid),此作用同时会产生ATP供应身体所需。

不过,糖解作用是一个极为繁复的流程,肌肉中的糖类经由多阶段的分解成为丙酮酸来产生肌肉所需的能量,而且会先消耗ATP,再获得更多ATP。另外,在糖解作用中会产生一对氢原子,由细胞中的菸硷醯胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide, NAD,辅酶的一种)来接收,还原成为NADH。当运动强度提升,需要快速且大量产生ATP供肌肉使用时,糖解作用必须加速进行,大量氢原子被产出,若细胞内的NAD不足时,还原态的NADH会借由乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase, LDH)的催化,将一对氢原子转给丙酮酸而形成NAD,得到氢原子的丙酮酸因而还原成为乳酸,因此这个过程被称为乳酸系统。

由于乳酸系统与ATP-PC系统过程中都不需氧气的参与,因此两者又合称为无氧系统。另外,存在于体内的上述物质都有限,乳酸系统大约30秒就会完全耗尽。

3.有氧系统:低功率/长时间

有氧系统(Aerobic System)是身体将所摄取的碳水化合物、脂肪与蛋白质经过消化分解,并经过一连串的代谢作用之后,产生能量来帮助ATP的合成,因为过程中有氧参与故名。在糖解系统中产生的丙酮酸与血液中的脂肪酸,进入至细胞粒线体中的“柠檬酸循环 Citric Acid Cycle”(又名三羧酸循环 Tricarboxylic Cycle 或克氏环 Kerbs Cycle )来产生ATP,因为过程复杂,因此需要花费较长时间。

从事的运动强度较低时,ATP会以较慢的速度被消耗,因此也会有较为充裕的时间进行ATP的再合成,只要能充分地供给氧气,并摄取足够的糖类、蛋白质与脂肪,就能长时间持续地供应身体运动所需能量。此系统在进行长距离跑步、快走等运动中较为活跃。

虽然人体以上述三种系统产生能量供应肌肉使用,不过三种系统并非绝对分割的状态,也就是说,在进行任何一种运动,有可能是以其中一种系统为主,但身体中其他两种系统可能同时也会进行少量的产出。


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