對運動中能量消耗的思考

中圖分類號：G808 文獻(xiàn)標(biāo)識：A 文章編號：1009-9328（2014）07-000-02

摘 要 體育運動中能量的供應(yīng)過程錯綜復(fù)雜，能量代謝的評價與測定對運動能力的提高有良好的影響。本文對運動中能量代謝的過程、測量與評價進(jìn)行論述，提出提高運動能力的能量消耗方面的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 運動 能量 消耗

基于人體運動研究的復(fù)雜性，能量法是目前運動生物力學(xué)研究不可多得的方法之一。但查閱大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)至今，能量法在生物力學(xué)研究中的應(yīng)用少之又少，未能引起應(yīng)有的重視[1]。能量法廣義的說法是：能量法就是從能量的觀點出發(fā)，根據(jù)能量守恒、功能關(guān)系等有關(guān)定律、定理，應(yīng)用含有能量的關(guān)系式來分析、檢驗、判斷、計算、解答問題的方法。目前在運動生物力學(xué)領(lǐng)域，人們把研究與人體運動中能量分配、能量轉(zhuǎn)換的一種力學(xué)結(jié)合生物學(xué)的研究方法統(tǒng)稱為能量法。它研究的核心問題是運動中功和能的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從中分析運動的效率、技術(shù)的合理性。

一、運動中能量消耗概述

我們知道人體為維持生存和活動，不斷地通過飲食、呼吸從外界攝入物質(zhì)，同時也不斷地向外界釋放能量，主要表現(xiàn)為人體對外做功以及熱量的交換。人體產(chǎn)生運動的動力來源機(jī)構(gòu)是骨骼肌，因此骨骼肌收縮輸出的機(jī)械功除以熱量耗散外，還主要用于克服內(nèi)部負(fù)荷以及外部負(fù)荷，從而產(chǎn)生空間位移而做功。隨著輸出功率的增加，要求機(jī)體總能量消耗增加。同時，隨著輸出功率的增加，要求機(jī)體供能的速度也要增加，而糖作為快速供能的代謝底物的動員和使用就不斷增加。對運動中的能量消耗的源物質(zhì)的量有了解后就可以針對性的制定運動員的飲食。

人體供能的系統(tǒng)有四個：糖酵解系統(tǒng)、糖有氧氧化系統(tǒng)、脂肪有氧氧化系統(tǒng)、磷酸原系統(tǒng)。近年來，人體運動時物質(zhì)和能量代謝的研究已進(jìn)入到代謝動力學(xué)和人體整體性的綜合分析，故應(yīng)用這一理論來指導(dǎo)訓(xùn)練有助于運動訓(xùn)練水平的提高。在體育運動中，有氧運動能力（Aerobic capacity）是指運動員以有氧代謝方式提供能量的能力，其水平的高低主要決定于氧運輸系統(tǒng)或心臟的泵血功能和肌組織利用氧的能力。無氧代謝能力（Anaerobic Capacity），是指運動中人體肌肉的無氧代謝供能系統(tǒng)提供ATP 的極限能力。它有兩個部分組成，即由ATP-CP分解供能（非乳酸能）和糖無氧酵解供能（乳酸能）。供給運動時能量的能源物質(zhì)，主要包括糖、脂肪、蛋白質(zhì)三大能源物質(zhì)。

二、運動中能量供應(yīng)方式

運動所需要的能量由有氧代謝和無氧代謝兩種供能方式來提供，機(jī)體通過合成代謝和分解代謝等來滿足機(jī)體對能量的需要。在運動中，人體不僅對外作功（外功），肌肉本身也作功（內(nèi)功），因此，人體對外作的機(jī)械功運用物理學(xué)中的方法來求：

上式中m是人體的質(zhì)量，g為重力加速度，h為身體質(zhì)心的高度，v為身體質(zhì)心的速度。肢體運動的內(nèi)功可以借助高速攝影方法測定：

此式中mi為身體各環(huán)節(jié)的質(zhì)量， 為身體各環(huán)節(jié)的線速度，ki為身體各環(huán)節(jié)的回轉(zhuǎn)半徑， 為環(huán)繞環(huán)節(jié)質(zhì)心的角速度。總功即為內(nèi)、外兩部分機(jī)械功的絕對值的和。

三、運動中能量消耗的衡量

對能量消耗的研究，國外早在1950年Berggren和Christensen用心率監(jiān)測來間接測量人總體的能量消耗（原理在于在大部分有氧工作范圍內(nèi)，心率和吸氧量成線性的關(guān)系，同時可以根據(jù)心率的變化估測吸氧量）。Schoeller（1986）用雙標(biāo)水法、能量平衡法和氣體交換法來評價能量消耗[2、3、4]。從文獻(xiàn)中可以看出，測定人體安靜時和運動時能量消耗的方法較為統(tǒng)一，一般都采用能量的間接測定法，即首先測定身體某一時間內(nèi)的耗氧量值及排出二氧化碳的量值間接地推算出能量轉(zhuǎn)化的多少。在大強(qiáng)度遞增負(fù)荷運動中，隨著運動強(qiáng)度的逐漸增加，機(jī)體的總能量消耗逐漸增加，供能物質(zhì)參與供能的比例也發(fā)生變化，糖參與供能比例逐漸增加，脂肪參與供能比例逐漸減少。這些變化與機(jī)體輸出功率的增加有密切關(guān)系。但由于多種效率因素的影響，評價代謝能耗也是相當(dāng)困難的。

人體的能量來源主要是通過獲取食物，進(jìn)行化學(xué)能的轉(zhuǎn)化來提供的。人體細(xì)胞的能量來源主要有高能化合物、碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)等能源物質(zhì)。人體最直接的供能物質(zhì)是高能磷酸化合物ATP進(jìn)行供能。在人體內(nèi)高能磷酸化合物含量有限，每千克濕肌中約含5-7mmol，以體重為70kg的人來計算，其肌肉重量約為28kg，全身肌肉ATP的總儲量約為140-196mmol（或88-123g），若以每摩爾ATP水解所釋放出能量為46kj計算，則ATP的總能量儲備約為6.44-9.02kj。僅能提供人體高強(qiáng)度運動2s左右所需的能量。那么要不斷合成ATP才能提供運動肌所需要的足夠能量。ATP是不斷合成的，也就是每次消耗的ATP都是由非蛋白物質(zhì)氧化合成的，然后直接供能。

四、小結(jié)

從以往的研究可以看出，人體運動消耗的能量測定尚沒有完全突破，基本上是關(guān)于體力活動的能量消耗測定，主要也是采用氣體分析法，測定單位時間內(nèi)耗氧量和排出二氧化碳的量值間接計算出能量的數(shù)值。在運動中缺少一種客觀、準(zhǔn)確、可靠的測量方法，評估運動中到底會有多少的糖類、脂肪參加了有氧供能、有多少參加了無氧供能，這些評估方法還不是很清楚。盡管現(xiàn)在有儀器能測出能量，也有些經(jīng)驗回歸公估算能量消耗，但是基本原理不清楚，目前也沒有校驗標(biāo)準(zhǔn)。

★基金項目：安康學(xué)院高層次人才科研專項。

參考文獻(xiàn)：

[1] 石新燕，宋亮.淺談運動生物力學(xué)教學(xué)研究中能量法的應(yīng)用[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊.2007（22）：85.

[2] Schoeller， Dale A. Eric Ravussin， Yves Schutz， Kevin J. Acheson， And Eric Jequier. Energy expenditure by doubly labeled water： validation in humans and proposed calculation. [J]. Am. Physical. 250（Regulatory Integrative Comp.Physical.1986（19）：823-830.

[3] Schoeller，D.A.，And E.VAN Santen. Measurement of energy expenditure in humans by doubly labeled water method[J]. Appl.Physical.1982.53：955-959.

[4] Schoeller，D.A.，And P.Webb.Five day comparison of the doubly labeled water method with respiratory gas exchange[J]. Am. Clin.Nutr.1984（40）：153-158.