測定專項運動有氧、無氧供能比例的方法

劉海濤

(河南大學 體育學院，河南開封 475001)

長期以來，探尋某專項運動的能量代謝特征，明確其有氧、無氧供能比例是科學化訓練的前提要素之一。因此，專項運動有氧、無氧供能比例測定也是體育界人士研究的關注點。將機體產生的能量盡可能多地用在專項運動是所有運動項目的一直追求的目標。因此，培養與專項運動特點相一致的有氧、無氧供能比例，是取得最佳運動成績的前提條件。因此，測定運動過程中有氧、無氧供能比例可以為教練員制定科學合理的訓練計劃提供依據。

有氧代謝是指機體依靠能源物質的氧化分解提供能量。有氧供能是耐力運動的主要供能方式，雖然提供能量的速率慢，但供能時間長。無氧代謝是指機體在氧氣不足情況下分解物質提供能量。包括ATP-CP供能和糖酵解供能。ATP-CP供能系統供能特點是速率快、功率大，在爆發力項目中占主要的供能比例；糖酵解供能在機體短時間大強度運動時占主要供能比例，終產物是乳酸。由于人體運動中所需的能量全部來自有氧供能和無氧供能，因此只要測定該項運動有氧代謝釋放的能量和無氧代謝釋放的能量，就可以計算出該項運動有氧、無氧供能的比例。運動開始后，肌肉中的ATP依靠有氧和無氧代謝不斷的再度合成。運動過程中有氧代謝容易定量，因為有氧代謝產生的ATP與攝氧量之間存在直接關系，所以如果能夠測出該項運動的耗氧量就可以計算出運動中有氧代謝供能。但是運動過程中無氧代謝卻很難準確測定，直接測定無氧代謝供能帶有損傷性，并且價格昂貴，因此，無氧代謝供能多采用間接測定法。目前測定運動過程中能量供應的方法主要有三種，分別是血乳酸——磷酸肌酸法、肌肉活檢法和累積氧虧法。

1. 血乳酸——磷酸肌酸法

血乳酸濃度的變化情況可以間接反映機體的無氧代謝能力，是評估機體無氧代謝的常用指標。運動時血乳酸增高的原因是糖類的無氧酵解產生ATP，進而轉化成CP, 為了不降低運動強度，ATP濃度不能降低，CP就會消耗增多，因為需要CP轉化成ATP，所以糖酵解代謝就增強，恢復消耗的CP，造成血乳酸升高。

使用血乳酸-磷酸肌酸方法測定專項運動的有氧、無氧供能比例需要測試的指標有，運動前的基線血乳酸濃度，運動后的最大血乳酸濃度，受試者的體重、肌肉重量，完成該項運動的攝氧量。計算思路是，以運動過程中總的攝氧量來表示有氧供能的部分。無氧供能有兩部分組成：一部分是糖無氧酵解供能，另一部分是ATP-CP系統供能。糖無氧酵供能的計算公式為，(運動后最大血乳酸濃度-運動前基線血乳酸濃度)mmol×3.0ml O2eq/kg體重；ATP-CP系統供能為37.0ml O2/kg肌肉重量。肌肉重量可以通過體成分分析儀、超聲波、磁共振、雙光子X線、皮褶厚度等方法來確定。因此，有氧供能比例=該運動的實際攝氧量/(該運動實際攝氧量+糖無氧酵供能+ATP-CP系統供能)x100%，無氧供能的比例=(糖無氧酵供能+ATP-CP系統供能)/(該運動實際攝氧量+糖原無氧酵供能+ATP-CP系統供能)×100%。這種測試方法比較簡單，但不能準確反映肌肉中乳酸的含量，也不能反映肌肉中儲存的ATP和CP分解供能的情況。這是因為想當然地認為運動后血乳酸濃度升高是因為糖酵解造成的，其實還應該包含CP的供能。還有研究表明，在血乳酸濃度較高的情況下，CP仍是主要的供能物質。

2. 肌肉活檢法

肌肉組織活檢技術是評估能量代謝類型的常用方法，該方法可以直接測定肌肉中ATP、CP、乳酸等，這可以幫助我們更加準確的把握運動過程中肌肉的內部代謝情況。通過測定運動前后肌肉中ATP、CP、乳酸等的變化可以計算出運動中無氧代謝供能的情況，由于肌肉活檢測定的是肌肉中的血乳酸、ATP、CP等指標的變化情況，因此這種方法比血乳酸一磷酸肌酸方法的準確性高。利用肌肉活檢法測定運動過程中有氧、無氧供能比例需要測試的指標有：運動前、后肌肉中ATP、CP、乳酸含量，該運動的實際攝氧量。缺點是，肌肉組織活檢技術是有創傷性試驗，較難被人體接受。因此，有研究者提出了經皮肌肉活檢技術。經皮肌肉活檢技術出現于18世紀中葉，關于經皮肌肉活檢法與開放性活檢技術的爭論一直沒有停止過。與經皮肌肉活檢法相比，開放性活檢可以直接觀察到感興趣的肌肉外觀形態，并且可以獲取較大體積的樣本。但也存在著局限，只能有外科醫生操作、需要手術室，還會導致疤痕形成。經皮肌肉活檢法解決了開放性肌肉活檢的這些弊端。

3. 累積氧虧法

累積氧虧法是一種無損傷性的檢測無氧代謝能力方法，具有較高的實用性和有效性，也是目前國際上比較認可的方法，在實際運用中比較多。主要思路是，依據是運動強度與攝氧量存在的對應關系，首先計算出運動中的理論需氧量，再測量出實際攝氧量，最后獲得無氧代謝供能比例。

在具體計算中，我們可以以該運動的實際攝氧量作為有氧供能的量，以該運動的累積氧虧作為無氧供能的量，以理論需氧量作為該運動總的能量消耗。由此，該項運動的有氧供能比例=該運動的實際攝氧量/該運動理論需氧量×100%，無氧供能比例=該運動的累積氧虧/該運動理論需氧量×100%。實際攝氧量可以通過氣體代謝分析儀獲得，理論需氧量可通過建立的運動強度——攝氧量的對應關系曲線外推獲得，累積氧虧=理論需氧量-實際攝氧量。因此，利用累積氧虧法測定運動過程中的有氧、無氧供能比例的關鍵是求出該運動的理論需氧量。而理論需氧量獲得的關鍵點是怎樣構建出最好的線性關系。有研究指出，使用亞極限強度運動中的需氧量與輸出功率呈線性關系推算出累積氧虧，可能會低估累積氧虧，因為從低運動強度到高運動強度需氧量是呈指數上升的。另一個弊端是，沒有考慮亞極限強度運動時酶底物利用度的潛在變化。但目前有關累積氧虧的研究多見于國外，國內關注較少，發展緩慢。

4. 小結

血乳酸——磷酸肌酸法計算方法比較簡單，但是很多研究證實，血乳酸的濃度與肌肉中乳酸的濃度差別較大，因此，血乳酸并不能準確反映肌肉的代謝情況，所以該方法只作為一種輔助方法。肌肉活檢技術可以獲得肌肉內部的代謝參數，準確性比較高，但是肌肉活檢技術復雜、難度大，在運動實踐之中較難廣泛開展。累積氧虧法是一種無損傷性的檢測無氧代謝能力的方法，具有較強的可操作性。但是由于理論需氧量是通過運動強度與攝氧量的對應關系曲線外推獲得，較敏感，誤差較大。總體來看，在測定專項運動的有氧、無氧供能比例時，以累積氧虧法為首選方法，血乳酸——磷酸肌酸法為輔助方法。