人体单位时间内所消耗的能量称为能量代谢率。 (一)基础代谢 基础代谢指人体在清醒、安静、空腹、室温20~25度条件下的状态,通俗来讲就是不吃不喝身体维持生命的能量代谢值。20岁后,平均每增加10岁,基础代谢率降低3%,体内细胞代谢循环变慢消耗变低。 (二)能量代谢的测定原理 根据热力学第一定律,能量在转换过程中,既不增加,也不减少,总能量守恒。机体的能力代谢也遵循这一定律,即在整个能量转化过程中,蕴藏在食物中的化学能(供给机体利用)与所转化成的热能以及所完成的外功,按其能量来折算是完全相等的。 因此,测定在一定时间内机体所消耗的食物,或测定机体所产生的热量与所做的外功,均可测算出整个机体单位时间内所消耗的能量。 一把的测定方法为间接测定,为收集安静和运动时的呼出气体,分析呼出气体中氧和二氧化碳的量,并换算成热量。 (三)影响能量代谢的因素 1、肌肉活动骨骼肌的收缩与舒张都是主动耗能过程,所需能量来源于能源物质的氧化,提高代谢率,因此运动对能量代谢的影响最为显著。 2、精神活动 人在平静的思考问题时,能量代谢所受的影响并不大,产热量略有增加,一般不超过4%。 但在精神紧张如烦恼、恐惧或激动时,产热量显著增加,这是由于伴随情绪变化出现了无意识的肌紧张以及促进代谢的激素释放增多等原因导致的。 3、食物的特殊动力作用 安静状态下摄入食物后的一段时间内,人体产生的热量比空腹时食物本身氧化后所产生的热量要多,例如,摄入产能100kJ热量的蛋白质后,人体实际产热量为130kJ,机体额外增加了30%的产热量。 食物能使机体产生额外热量的现象称为食物的特殊动力作用(specific dynamic action of food),糖类或脂肪的特殊动力作用为其产热量的 4%~6%,混合食物可使产热量增加10%。 额外增加的热量不能用于做功,只能维持体温。目前认为,这种效应可能与肝脏内氨基酸的脱氨基过程和尿素的形成有关。 4、环境温度 人体在20~30摄氏度的环境中最稳定,低于20度后代谢率随温度逐渐增加,由寒冷刺激反应的肌肉紧张增强所致,高于30度后,体内化学反应加速,呼吸循环功能增强等原因至代谢率增加。 (四)骨骼肌收缩的直接能源—ATP 肌肉活动的直接来源是三磷酸腺苷,即ATP,人体各种生理活动所需的能量基本由ATP供给。例如,神经冲动传导时离子的运转;腺体分泌时分泌物透过细胞膜的“出胞”作用;消化道内食物的吸收;肌肉收缩过程等均需ATP供能。人体ATP最终来源于糖、脂肪、蛋白质等氧化分解。 1、ATP的储备 细胞内ATP的浓度很低,肌肉活检测定,安静肌肉ATP含量约为4~6mmol/kg湿肌,ATP最大生成率为1.6~3.0mmol/kg干肌。但由于ATP贮量有限,运动中ATP消耗后的补充速度成为影响运动能力的重要因素。 2、ATP的分解供能及补充 ATP在酶(三磷酸腺苷酶)的催化下,迅速分解为ADP(二磷酸腺苷)和无机磷酸,并释放出能量(ATP+H20➡️ADP+Pi)。每克分子ATP可释放7~12kcal的能量。 ATP一旦被分解,便迅速补充,补充过程由肌肉中另一高能磷酸化合物CP(肌酸磷酸)完成。CP释出能量用以将ADP再合成为ATP,同时生成C(肌酸),(CP+ADP➡️C+ATP)。 肌肉中的CP再合成则要靠三大能源物质的分解。 (五)三大能源系统的特征 人体在运动中所需的能量分别由磷酸原系统(phosphagen system)、酵解能系统(glyco lytic system)和氧化能系统(aerobic system)三大能源系统供给。1、磷酸原系统 又称ATP-CP系统。该系统主要由结构中带有磷酸基团的ATP(包括ADP)、CP构成,由于在代谢中均发生磷酸基团的转移,故称之为磷酸原。 肌肉在运动中ATP直接分解供能,为维持ATP水平,保持能量供应,CP在肌酸激酶的作用下,再合成ATP。 磷酸原在运动中的可用量只占1%左右,磷酸原系统作为极量运动的能源,只维持运动时间6~8秒,但确实不可替代的快速能源。 2、酵解能系统 又称乳酸能系统。运动中骨骼肌糖原或葡萄糖在无氧条件下酵解,生成乳酸并释放能量供肌肉利用。 如上章所述,尽管生成能量的数量不多,但在极量运动中非常重要,在极量强度运动的开始阶段,该系统即可参与供能,在运动30~60秒左右供能速率达到最大,并维持2~3分钟。 酵解能系统与磷酸原系统共同为段时间高强度的无氧运动提供能量,根据系统供能时间分担供能。 3、氧化能系统 又称有氧能系统。糖类、脂肪和蛋白质子在氧供充分时,可以氧化分解提供大量能量,该能源系统以糖和脂肪为主,尽管供能的最大输出功率仅达酵解能系统的1/2,但其贮量丰富,维持运动时间长(1.5~3小时),成为长时间运动的主要能源。
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