短跑运动的能量供应特点浅析

薛晓旭

(河南大学 河南开封 475000)

短跑运动的能量供应特点浅析

薛晓旭

(河南大学 河南开封 475000)

该文通过文献资料法、逻辑分析法对人体的三大供能系统进行了系统详尽的描述,在深入了解和掌握供能系统的基础上,对短跑各个项目的能量供应特点进行分析,找出其各自主要的供能特点,认为既然运动过程中机体的物质代谢伴随着能量的转换,则短跑项目的不同使其主要供能系统也有所不同。该研究旨在为运动员的训练提供有意义的参考,对提高运动能力和成绩有十分重要的意义。

短跑运动 供能系统 能量供应特点 短跑训练

短跑项目有60 m、100 m、200 m、400 m。至今,对短跑项目的研究类文献很多,但大多数都是对其中单个项目进行谈论,对人体能量供应的研究文献也颇多,但大多数都是简要的总结论述三大供能系统。该文在前人研究的基础上,运用文献资料法、逻辑分析法对人体的三大供能系统进行了系统详尽的描述,深入了解和掌握供能系统,并对短跑各个项目的能量供应特点进行分析,希望能为运动员的训练提供有意义的参考,提高其运动能力和成绩。

1 人体三大供能系统及相互关系

1.1 磷酸原供能系统

三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate,简称ATP)和磷酸肌酸(Phosphocreatine,简称CP)分子内都含有高能磷酸键,在代谢中都能通过磷酸基团的转移过程释放能量,因此磷酸原供能系统就是指ATP和CP分解反应组成的供能系统。

1.1.1 磷酸原系统供能过程

肌肉收缩时将化学能转变为机械能的唯一直接能源是ATP,在运动时ATP的转化速率大大加快且在一定时间内正比于运动强度。但ATP在肌肉中的含量很少,只能维持短时间内的最大强度运动。因此,激活磷酸肌酸途径就显得尤为重要。ATP在水解释放能量的同时,释放腺嘌呤核苷二磷酸(Adenosine dipnosphate,简称ADP),激活肌浆中的磷酸肌酸激酶(Creatine kinase,简称CK),催化CP水解,将高能磷酸基团转移给ADP,重新合成ATP。

1.1.2 磷酸原系统供能特点

磷酸原系统中,ATP、CP作为底物水平磷酸化,即以分子内高能磷酸基团水解的方式供能,具有快速供能和最大功率输出的特点。但ATP和CP的储量有限,ATP和CP就构成了最短时间运动供能系统,它们在运动时最早被使用,其特点是不需要氧气参与和功率输出高。ATP高能磷酸键断裂时释放的能值极高。但肌细胞内磷酸原储量有限,只能维持最大强度运动约6～8 s。磷酸原系统在短时间最大强度或最大用力的运动中起主要供能作用,如短跑、举重等项目。

以CP为例,肌肉中CP含量为17 nmol/g,全速短跑可消耗CP13 nmol/g,故它仅可作为最初4 s的能量来源。通过在食物中增加肌酸,一定程度上可提高肌酸中CP的储备,有助于提高磷酸原系统的能量储备和功率输出,这是力量和速度项目运动员补充肌酸的原因。

1.2 糖酵解供能系统

糖酵解又称为糖的无氧代谢,即在无氧条件下,糖原和葡萄糖分解生成乳酸并合成ATP的过程。运动过程中骨骼肌依靠糖酵解供能的过程又称为糖酵解供能系统,是人体激烈活动时能量的主要来源之一。

1.2.1 糖酵解系统供能过程

糖酵解过程分为两个阶段,共十个反应,最终1分子葡萄糖经糖酵解可净生成2分子ATP。

1.2.2 糖酵解系统供能特点

任何运动开始时,ATP都会在ATP酶催化下迅速水解放能。ATP的浓度一旦下降,CP立刻分解放能,用于ATP的合成。在短时间、大强度的运动中,ATP的生成主要由糖酵解系统来提供。在最大强度运动6～8 s时,CP成为主要的供能物质,糖酵解速率在最大强度运动持续30～60 s时达到最大,并且糖酵解速率随着运动时间的进一步延长而逐渐下降,最多只能维持2～3min。糖酵解系统是2～3min内大强度运动的重要供能系统,虽然其最大输出功率只有磷酸原系统的一半左右,但可维持较长的运动时间,这对于需要速度和速度耐力的项目如400 m全力跑、l00 m游泳十分重要。

1.3 有氧代谢供能系统

有氧代谢是指在有氧的条件下,糖、脂肪和蛋白质可被完全氧化成二氧化碳和水,并释放大量能量合成ATP。在长时间亚极量强度运动时,体内处于最大摄氧量以下,运动骨骼肌的能量主要由糖、脂肪、蛋白质的有氧代谢过程提供。

1.3.1 有氧代谢供能过程

(1)糖的有氧氧化过程。糖有氧氧化是体内糖氧化分解,大量生成ATP的主要途径,其一分子能生成36～38分子的ATP。糖的有氧氧化分两个阶段进行。

(2)脂肪的有氧氧化过程。脂肪在被动供能时分解为脂肪酸和甘油,在氧供应充足的条件下,脂肪酸分解为乙酰CoA,彻底氧化成二氧化碳和水,并释放大量的能量。

(3)蛋白质的有氧氧化过程。蛋白质在有氧供应时分解成氨基酸,氨基酸可作为运动中的能源物质。长时间运动时,5%～10%甚至更多的能量是来源于氨基酸和蛋白质。如在90min的高强度训练中,蛋白质能为肌肉提供高达20%的能量供应。

1.3.2 有氧代谢供能特点

有氧代谢系统能利用糖原和脂肪合成大量的ATP,同时不产生疲劳的副产品,产能的总量大,维持的时间长,供能经济,使人体能维持长时间的运动。主要适用于长时间耐力型项目如5000 m跑、10000 m跑、马拉松、铁人三项、长距离滑雪等项目。

1.4 相互关系

在运动过程中骨骼肌各供能系统同时发挥作用,都是互相联系、互相依存的。所有的能源物质都可以被肌肉利用。一种能源物质单独供能的情况不会出现,只是供能的时间、顺序和相对比例会随运动状况而有所差别。当以最大的输出功率运动时,各供能系统在不同的时间内维持运动：磷酸原系统只能维持运动6～8 s;30 s～2min内运动靠糖酵解系统维持;3min以上的运动则由有氧代谢供能系统供能。根据运动项目的不同,ATP再合成途径有3个能量系统。

2 短跑各项目的能量供应特点

2.1 60 m、100 m的能量供应特点

像60 m跑、100 m跑的短距离爆发型项目主要为磷酸原供能系统。ATP提供的能量只能维持骨骼肌大强度收缩3次。CP以最快速方式再合成ATP供能作为在极限大强度下最主要和优先途径。当肌肉中CP浓度降低到一半时,糖酵解就会激活使得ATP浓度降低,从而使肌肉输出功率逐渐减小。

极限强度下,10.6 s左右乳酸生成率可达极大值,此时,糖酵解参与供能。高速跑的生物化学基础指ATP、CP储备供能及ATP-CP系统的相互代谢能力。60 m和100 m跑的成绩受ATP-CP系统的能量供应的影响,并且正比于血乳酸生成的浓度。

2.2 200 m的能量供应特点

糖酵解供能是200 m跑的主要能量供应,占全程供能约60%左右,在生理学上可以提高肌肉内糖原无氧酵解的能力,缓冲乳酸的能力和机体耐受乳酸的能力。在20 s以内的能量运动,主要由ATPCP能量体能供应;在30～60 s之间运动时,糖酵解功能是主要的;有氧代谢供能和运动时间成正比。

2.2.1 ATP-CP系统供能

ATP分解为ADP和CP的同时,释放大量的能量,是运动员肌肉运动能量的直接而有效的来源。因此,ATP在运动员肌体中的储存量和经历再合成,是运动员维持肌肉运动收缩、保证运动员运动连续高度运行提供重要的保证。

2.2.2 无氧糖酵解供能

由于ATP-CP系统供能时间仅能维持6～8 s,无氧糖酵解供能系统是200 m跑运动员在缺氧的状态下进行的,因此200 m跑运动员后100 m供能能量主要由无氧糖酵解供能系统供应。因此提高200 m运动员机体对无氧糖酵解供能系统释放乳酸的耐受能力,避免运动员在后100 m比赛过程中过早出现疲劳的状态。所以还应该提高200 m跑运动员无氧糖酵解供能能力,为最后冲刺提供能力支持和保障。

2.3 400 m的能量供应特点

400 m跑主要靠无氧供能提供能量。纵观竞技体育的发展历程,在整个能量供应中,无氧供能所占的比例越来越大,而有氧供能比例逐渐降低。美国短跑专家威廉·布莱克长期研究表明400 m跑时能量主要来源于三个方面：一是高能磷酸化合物的分解;二是无氧糖酵解过程分解;三是有氧代谢,它们在整个能量供应中所占的比例分别为20%～25%、55%～60%和15%～25%。1983年时施纳贝尔和金德曼两人研究同样表明400 m的供能是由以上3个供能系统参与的,其中磷酸原供能占35%,糖酵解系统占60%,而有氧系统仅为5%。

在运动中磷酸原、糖酵解和有氧3个供能系统同时被激活,无氧供能速率高于有氧供能速率,因此无氧供能产生的化学能转化成动能就高于有氧供能产生动能。

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：2095-2813(2015)05(b)-0021-02