人体营养学基础/能量系统
人体有三个主要的能量系统,这些系统在肌肉细胞中发生,以便在体力活动期间再生ATP;无氧是其中之一,包括乳酸循环。在这个循环中,葡萄糖分解成丙酮酸。该系统的目标是为高强度运动快速产生ATP;这些运动持续5秒到2分钟(惠特尼)。无氧意味着缺乏氧气。由亨利·万德瓦勒博士在无氧运动测试期间进行的无氧运动的例子包括力量速度测试、垂直跳跃测试、楼梯测试和自行车测功器测试。在这项研究中测量了最大功率,以获取有关无氧能力的信息。肌肉中的这种快速力量来自肌肉糖原。在极端活动强度期间,燃料来源是ATP和磷酸肌酸(CP);通过磷酸原系统,磷酸肌酸变得很容易获得(惠特尼)。如果有人要进行100米短跑,或挥动高尔夫球杆或棒球棒,这些都将被认为是极端活动强度(惠特尼)。极端活动强度不会持续很长时间,只有5到10秒。另一方面,非常高的活动需要来自碳水化合物的ATP,而不是磷酸肌酸。这种活动的例子包括400米短跑或体操动作;这些高强度活动持续20秒到2分钟(惠特尼)。总的来说,这些运动不需要向肌肉供应氧气,因此无氧的定义是缺乏氧气。(由波斯特莱斯韦特编辑)
惠特尼,埃莉诺·诺斯,和莎朗·雷迪·罗尔夫斯。“MindTap - Cengage Learning”。MindTap - Cengage Learning。N.p.,n.d. 网页。2015年7月10日。<http://ng.cengage.com/static/nb/ui/index.html?nbId=157478&nbNodeId=44014010&deploymentId=4842767387588213997397576#!&parentId=44014278>.
万德瓦勒,亨利,博士,吉尔伯特·皮尔斯,和休斯·莫诺德。“标准无氧运动测试”。 - 施普林格。N.p.,1987年7月1日。网页。2015年7月10日。<http://link.springer.com/article/10.2165/00007256-198704040-00004#>.
在身体日常工作中,肌肉的大部分力量是通过有氧系统提供的,特别是通过三羧酸循环。然而,对于肌肉施加的更高强度的力,会使用一种不同的结构,即无氧系统。这可以分为两个子组,通过磷酸肌酸(PC)分解产生ATP,以及通过糖酵解形成ATP。(Artiole 2012)在任何强度的运动开始时,ATP被用来为肌肉的力量产生提供能量。然后,肌肉立即开始产生更多的ATP,从PC系统开始,这是对肌肉中ATP损失和使用的最快反应。但是,这是一个非常短暂的循环。由于肌肉中磷酸肌酸的供应有限,它只能产生一定量的ATP,直到储存耗尽。一旦肌肉中的PC耗尽,它们就会进入下一个循环,首先从糖酵解开始。然而,这个PC系统将在运动恢复期间通过PC的重新形成而再生。(Powers & Howley, 2007)在运动中,这个系统对于参加需要在很短的时间内产生大量力量的项目的运动员来说是必要的。例如,100米短跑、跳高、举重运动员的极限举重,甚至跳水运动,几乎100%地使用无氧系统来提供在短时间内使肌肉紧张所需的ATP。(Baker 2010)他们的项目进行得非常快,身体无法通过其他两个系统快速产生足够的ATP,因此它只使用来自PC系统的ATP。由于运动员一直在寻找成为最优秀的方法,所以一种让自己与竞争对手区分开来的方法是在体内添加更多的磷酸肌酸,以便在肌肉中拥有更大的供应,PC系统在运动开始时可以从中获取。通过添加更多,你可以延长PC系统的使用时间,使肌肉比有限的供应更强壮、更快。磷酸肌酸可以在多种食物来源中找到,但含量最高的是红肉。
1. Powers, S., & Howley, E. (2007). 运动生理学:理论与应用于健身和表现(第6版)。波士顿:麦格劳-希尔。
2. 确定运动过程中能量系统的贡献(可视化实验期刊:JoVE)作者:Artioli,Guilherme,Rômulo Bertuzzi,Hamilton Roschel,Sandro Mendes,Antonio Jr.,和Emerson Franchini。 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3415169/
3. 强烈运动期间骨骼肌代谢能量系统之间的相互作用(强烈运动期间骨骼肌代谢能量系统之间的相互作用) http://www.hindawi.com/journals/jnme/2010/905612/
乳酸分解成能量的方式有助于为我们的身体提供燃料,以执行日常生活中必要的动作。当我们消化葡萄糖时,它在我们的身体中通过称为糖酵解的过程被消化。糖酵解是葡萄糖分解成ATP的基本代谢过程,为我们的肌肉提供能量。当这个过程在没有氧气的环境中进行时,它会产生乳酸。(惠特尼,E.,& 罗尔夫斯,S.,2013)
在产生乳酸的化学过程中有几个具体的步骤。它始于葡萄糖被辅酶分解成丙酮酸,然后继续进入电子传递链。由于缺乏氧气,丙酮酸将接受额外的氢离子,而不是继续通过电子传递链。一旦丙酮酸接受氢离子,它就会变成乳酸。这个过程产生少量的ATP,但没有有氧呼吸产生的那么多。(惠特尼,E.,& 罗尔夫斯,S.,2013)无氧呼吸是产生能量效率较低的方式,但它比有氧呼吸快。(乳酸,2015)
在剧烈、长时间的运动中,我们身体的肌肉需要大量的能量。然而,它们会因缺氧而变得无力,并因此积累乳酸。乳酸在我们的体内无法像它产生的那样快地分解。糖酵解过程中产生的少量ATP暂时为肌肉提供足够的能量来继续发挥作用,直到氧气水平恢复正常。如果这种剧烈的运动持续下去,那么乳酸的积累会导致剧烈的疼痛和肌肉疲劳。我们的肌肉细胞也因乳酸的酸性而暴露在低pH值中。如果乳酸没有从肌肉中清除,就会导致永久性的肌肉损伤。这就是为什么在进行高强度运动时,一个人会开始快速而深地呼吸。这是我们身体的自然反应,以便为肌肉提供足够的氧气,使乳酸能够转化为有氧呼吸。(无氧途径)
另一种利用乳酸的方法是将乳酸从肌肉循环到肝脏。肝脏可以将这种乳酸转化回葡萄糖,以便用它为你的肌肉补充燃料,并再次发生糖酵解。这种循环过程被称为科里循环,以最初发现它的科学家命名。乳酸必须被输送到肝脏,因为肌肉细胞不包含启动该过程所需的酶。(惠特尼,E.,& 罗尔夫斯,S.,2013)
参考文献
无氧途径。(n.d.)。检索于2015年12月1日,来自 https://gln.dcccd.edu/Biology_Demo/Bio_Lesson08/Bio08-16_access.htm
乳酸。 (2015)。检索于 2015 年 12 月 1 日,来自 http://www.rsc.org/chemistryworld/podcast/CIIEcompounds/transcripts/lactic.asp
Whitney, E. & Rolfes, S. (2013)。能量代谢。在《理解营养》(第 14 版,第 206-215 页)。康涅狄格州斯坦福德:Cengage 学习。
有氧能量系统包括有氧糖酵解、脂肪酸氧化和三羧酸循环。人体肌肉依赖于这种有氧系统才能获得 ATP,从而实现肌肉收缩。有氧意味着有氧气存在。当我们消耗碳水化合物、脂肪和蛋白质时,它们会通过糖酵解、脂肪酸氧化和三羧酸循环持续氧化,从而为身体提供 ATP(Whitney)。有氧能量系统是为长距离运动(如跑步、游泳或骑自行车)的肌肉供应氧气所必需的。所有这些活动都可能持续 3 到 20 分钟甚至更长时间(Whitney)。与无氧运动不同,ATP 不会立即获得,并且不涉及磷酸肌酸。ATP 来自碳水化合物或脂肪。有氧运动有很多健康益处。一项关于有氧运动的研究表明,“有氧运动可以降低高血压和正常血压患者的血压。增加有氧运动应被视为预防和治疗高血压的生活方式改变的重要组成部分 (Whelton)”。也就是说,为了健康,每天进行 20 分钟到 1 小时的运动非常重要。
惠特尼,埃莉诺·诺斯,和莎朗·雷迪·罗尔夫斯。“MindTap - Cengage Learning”。MindTap - Cengage Learning。N.p.,n.d. 网页。2015年7月10日。<http://ng.cengage.com/static/nb/ui/index.html?nbId=157478&nbNodeId=44014010&deploymentId=4842767387588213997397576#!&parentId=44014278>.
Whelton, Seamus P.,Ashley Chin,MPH,MA,Xue Xin,MD,MS 和 Jiang He,MD,PhD。“有氧运动对血压的影响”。有氧运动对血压的影响。N.p.,2002 年 4 月 2 日。网页。2015 年 6 月 10 日。<http%3A%2F%2Fannals.org%2Farticle.aspx%3Farticleid%3D715201>。