短跑運動的能量供應特點淺析

薛曉旭

(河南大學 河南開封 475000)

短跑運動的能量供應特點淺析

薛曉旭

(河南大學 河南開封 475000)

該文通過文獻資料法、邏輯分析法對人體的三大供能系統進行了系統詳盡的描述,在深入了解和掌握供能系統的基礎上,對短跑各個項目的能量供應特點進行分析,找出其各自主要的供能特點,認為既然運動過程中機體的物質代謝伴隨著能量的轉換,則短跑項目的不同使其主要供能系統也有所不同。該研究旨在為運動員的訓練提供有意義的參考,對提高運動能力和成績有十分重要的意義。

短跑運動 供能系統 能量供應特點 短跑訓練

短跑項目有60 m、100 m、200 m、400 m。至今,對短跑項目的研究類文獻很多,但大多數都是對其中單個項目進行談論,對人體能量供應的研究文獻也頗多,但大多數都是簡要的總結論述三大供能系統。該文在前人研究的基礎上,運用文獻資料法、邏輯分析法對人體的三大供能系統進行了系統詳盡的描述,深入了解和掌握供能系統,并對短跑各個項目的能量供應特點進行分析,希望能為運動員的訓練提供有意義的參考,提高其運動能力和成績。

1 人體三大供能系統及相互關系

1.1 磷酸原供能系統

三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate,簡稱ATP)和磷酸肌酸(Phosphocreatine,簡稱CP)分子內都含有高能磷酸鍵,在代謝中都能通過磷酸基團的轉移過程釋放能量,因此磷酸原供能系統就是指ATP和CP分解反應組成的供能系統。

1.1.1 磷酸原系統供能過程

肌肉收縮時將化學能轉變為機械能的唯一直接能源是ATP,在運動時ATP的轉化速率大大加快且在一定時間內正比于運動強度。但ATP在肌肉中的含量很少,只能維持短時間內的最大強度運動。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,釋放腺嘌呤核苷二磷酸(Adenosine dipnosphate,簡稱ADP),激活肌漿中的磷酸肌酸激酶(Creatine kinase,簡稱CK),催化CP水解,將高能磷酸基團轉移給ADP,重新合成ATP。

1.1.2 磷酸原系統供能特點

磷酸原系統中,ATP、CP作為底物水平磷酸化,即以分子內高能磷酸基團水解的方式供能,具有快速供能和最大功率輸出的特點。但ATP和CP的儲量有限,ATP和CP就構成了最短時間運動供能系統,它們在運動時最早被使用,其特點是不需要氧氣參與和功率輸出高。ATP高能磷酸鍵斷裂時釋放的能值極高。但肌細胞內磷酸原儲量有限,只能維持最大強度運動約6～8 s。磷酸原系統在短時間最大強度或最大用力的運動中起主要供能作用,如短跑、舉重等項目。

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的能量來源。通過在食物中增加肌酸,一定程度上可提高肌酸中CP的儲備,有助于提高磷酸原系統的能量儲備和功率輸出,這是力量和速度項目運動員補充肌酸的原因。

1.2 糖酵解供能系統

糖酵解又稱為糖的無氧代謝,即在無氧條件下,糖原和葡萄糖分解生成乳酸并合成ATP的過程。運動過程中骨骼肌依靠糖酵解供能的過程又稱為糖酵解供能系統,是人體激烈活動時能量的主要來源之一。

1.2.1 糖酵解系統供能過程

糖酵解過程分為兩個階段,共十個反應,最終1分子葡萄糖經糖酵解可凈生成2分子ATP。

1.2.2 糖酵解系統供能特點

任何運動開始時,ATP都會在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。在短時間、大強度的運動中,ATP的生成主要由糖酵解系統來提供。在最大強度運動6～8 s時,CP成為主要的供能物質,糖酵解速率在最大強度運動持續30～60 s時達到最大,并且糖酵解速率隨著運動時間的進一步延長而逐漸下降,最多只能維持2～3min。糖酵解系統是2～3min內大強度運動的重要供能系統,雖然其最大輸出功率只有磷酸原系統的一半左右,但可維持較長的運動時間,這對于需要速度和速度耐力的項目如400 m全力跑、l00 m游泳十分重要。

1.3 有氧代謝供能系統

有氧代謝是指在有氧的條件下,糖、脂肪和蛋白質可被完全氧化成二氧化碳和水,并釋放大量能量合成ATP。在長時間亞極量強度運動時,體內處于最大攝氧量以下,運動骨骼肌的能量主要由糖、脂肪、蛋白質的有氧代謝過程提供。

1.3.1 有氧代謝供能過程

(1)糖的有氧氧化過程。糖有氧氧化是體內糖氧化分解,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階段進行。

(2)脂肪的有氧氧化過程。脂肪在被動供能時分解為脂肪酸和甘油,在氧供應充足的條件下,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)蛋白質的有氧氧化過程。蛋白質在有氧供應時分解成氨基酸,氨基酸可作為運動中的能源物質。長時間運動時,5%～10%甚至更多的能量是來源于氨基酸和蛋白質。如在90min的高強度訓練中,蛋白質能為肌肉提供高達20%的能量供應。

1.3.2 有氧代謝供能特點

有氧代謝系統能利用糖原和脂肪合成大量的ATP,同時不產生疲勞的副產品,產能的總量大,維持的時間長,供能經濟,使人體能維持長時間的運動。主要適用于長時間耐力型項目如5000 m跑、10000 m跑、馬拉松、鐵人三項、長距離滑雪等項目。

1.4 相互關系

在運動過程中骨骼肌各供能系統同時發揮作用,都是互相聯系、互相依存的。所有的能源物質都可以被肌肉利用。一種能源物質單獨供能的情況不會出現,只是供能的時間、順序和相對比例會隨運動狀況而有所差別。當以最大的輸出功率運動時,各供能系統在不同的時間內維持運動：磷酸原系統只能維持運動6～8 s;30 s～2min內運動靠糖酵解系統維持;3min以上的運動則由有氧代謝供能系統供能。根據運動項目的不同,ATP再合成途徑有3個能量系統。

2 短跑各項目的能量供應特點

2.1 60 m、100 m的能量供應特點

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

極限強度下,10.6 s左右乳酸生成率可達極大值,此時,糖酵解參與供能。高速跑的生物化學基礎指ATP、CP儲備供能及ATP-CP系統的相互代謝能力。60 m和100 m跑的成績受ATP-CP系統的能量供應的影響,并且正比于血乳酸生成的濃度。

2.2 200 m的能量供應特點

糖酵解供能是200 m跑的主要能量供應,占全程供能約60%左右,在生理學上可以提高肌肉內糖原無氧酵解的能力,緩沖乳酸的能力和機體耐受乳酸的能力。在20 s以內的能量運動,主要由ATPCP能量體能供應;在30～60 s之間運動時,糖酵解功能是主要的;有氧代謝供能和運動時間成正比。

2.2.1 ATP-CP系統供能

ATP分解為ADP和CP的同時,釋放大量的能量,是運動員肌肉運動能量的直接而有效的來源。因此,ATP在運動員肌體中的儲存量和經歷再合成,是運動員維持肌肉運動收縮、保證運動員運動連續高度運行提供重要的保證。

2.2.2 無氧糖酵解供能

由于ATP-CP系統供能時間僅能維持6～8 s,無氧糖酵解供能系統是200 m跑運動員在缺氧的狀態下進行的,因此200 m跑運動員后100 m供能能量主要由無氧糖酵解供能系統供應。因此提高200 m運動員機體對無氧糖酵解供能系統釋放乳酸的耐受能力,避免運動員在后100 m比賽過程中過早出現疲勞的狀態。所以還應該提高200 m跑運動員無氧糖酵解供能能力,為最后沖刺提供能力支持和保障。

2.3 400 m的能量供應特點

400 m跑主要靠無氧供能提供能量。縱觀競技體育的發展歷程,在整個能量供應中,無氧供能所占的比例越來越大,而有氧供能比例逐漸降低。美國短跑專家威廉·布萊克長期研究表明400 m跑時能量主要來源于三個方面：一是高能磷酸化合物的分解;二是無氧糖酵解過程分解;三是有氧代謝,它們在整個能量供應中所占的比例分別為20%～25%、55%～60%和15%～25%。1983年時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個供能系統參與的,其中磷酸原供能占35%,糖酵解系統占60%,而有氧系統僅為5%。

在運動中磷酸原、糖酵解和有氧3個供能系統同時被激活,無氧供能速率高于有氧供能速率,因此無氧供能產生的化學能轉化成動能就高于有氧供能產生動能。

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：2095-2813(2015)05(b)-0021-02