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体育教案-人体运动时的能量供应

时间:2022-08-16 18:17:10 高中体育教案 我要投稿
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体育教案-人体运动时的能量供应

人体运动时的能量供应

体育教案-人体运动时的能量供应

 

(吉林体育学院  长春  130022)

 

 

摘  本文对人体运动时的供能物质.供能系统及其特点进行了分析。为体育教师.教练员和运动员的科学训练提供了依据。

 

关键词 运动 能量 供应

 

前  人体生命活动的运行需要消耗能量。在人们参加剧烈体育运动时,肌肉长时间地收缩和舒张,脏器的活动增强,以及神经系统能量消耗增加,将使运动时总的能量消耗比静息时增加几倍到几十倍,甚至百倍以上。从另一方面讲,长期科学训练将使人体运动时的能量供应与消耗得到改善,从而为提高人体运动能力奠定物质基础。因此,了解与研究人体运动时的能量供应是体育教师.教练员以及运动员必备的知识。

 

肌肉活动的能量及其能量的释放

人体运动需要大量能量。这些能量的来源是自食物中的六大营养素中的三大营养物质,即糖、脂肪和蛋白质。

(一)   糖及其分子中能量的释放与转移

糖是肌肉活动最主要的燃料。人体糖的存在形式有两种:第一种是以葡萄糖的形式存在于血液中;第二种是存在于肝脏和肌肉中的糖原(肝糖原和肌糖原)。人体运动所需的能量主要是由糖(或脂肪)的氧化分解过程释放出来的。糖的氧化分解主要有两个途径:(1)在无氧条件下进行的糖酵解;(2)在有氧条件下进行的有氧氧化。在一般条件下,糖主要以有氧氧化的途径分解供能。

 

糖的代谢方式

有氧氧化

无氧糖酵解

有无O2参与反应

进  行  部  位

线  粒  体

细  胞  液

最  终  产  物

CO2    H2O

乳   酸

ATP  生  成  量

 

 

 

 

        

              表1:有氧氧化同无氧糖酵解的对比

 (二)  脂肪及其燃烧(氧化)

脂肪是肌肉活动的另一主要原料。机体内储备的脂肪量是势能的最大来源。与其他营养物质比较,可作为能量的脂肪数几乎是无限的。来自储藏脂肪的实际燃料贮存量大约相当于90000~110000千卡左右。成年人体内贮存脂肪量的差别很大,且缺乏精确的正常值。一般成年男子的贮存脂肪量约占体重的15~20%,女子稍高。

脂肪氧化时,.体内首先由脂肪酶催化水解为甘油和脂肪酸。甘油随着血液循环至肝脏和其他组织进行再分解。而释出的脂肪酸进一步氧化释放能量,共全身各组织摄取利用。脂肪酸彻底氧化所释放的能量比糖多得多,且利用率也比糖高。

当脂肪酸大量分解时,会产生三种中间物质:乙酰乙酸、B- 羟丁酸和丙酮。我们将这三种中间产物合称为酮体。短时间剧烈运动后,血液中的酮体上升。这是由于运动时的糖供能不足,脂肪酸利用量增加而又氧化不足的缘故。运动员在运动后血液中酮体上升较无训练者少,这说明运动员能较多的利用脂肪酸供能,而且氧化比较完善。但运动结速后的恢复期中,无训练者在肝脏和肌肉中的酮体反而比有训练者高,这说明

运动能改善脂肪的代谢和调节

(三)蛋白质及其代谢

     蛋白质是体现生命活动的物质之一(另一物质是核酸)。其作为能源是非常有限的,仅当热量供应不足时才适当地动用以作为一种不得已的补充。当人体运动时有15%~20%的蛋白质可提供能量,共产生能量大约30000—40000千卡。

     运动训练可以影响机体的氮平衡。有人曾做这样的实验,受试者在参加训练前日机体处于正氮平衡状态,参加训练第一天就处于负氮平衡,第3~4天负氮平衡达到最高峰,以后逐渐减少,直至参加第11~12天的训练又接近于平衡。实验结果表明:机体对运动负荷不适应,体内蛋白质分解代谢加剧,蛋白质的需要量也增加,一直到对运动训练逐渐产生适应。耐力训练后肌肉氧化氨基酸酶类的活性升高,这是蛋白质代谢的酶类对训练所产生的适应性变化。

 

运动时的供能系统及其供能特点

人体运动时的供能系统,依其运动强度和运动持续时间的不同可分为ATP—CP(磷酸原)系统、无氧糖酵解(乳酸)系统和有氧氧化系统。

(一) ATP—CP(磷酸原)系统及其供能特点

    ATP—CP(磷酸原)系统又称非乳酸能系统。它是由肌肉内的ATP和CP这两种高能磷化物构成,ATP与CP同样都是通过分子内高能磷酸键裂解时释放能量,以实现快速供能。因此,在运动时供能系统中将CP一起称为磷酸原系统。

磷酸原系统供能不在其数量的多少,而在与其能量的快速可动用性。在三个供能系统中,其能量输出功率最高。凡是短时间极量运动(如:短跑、举重、冲刺、投掷等)时所需的能量几乎全部由ATP—CP系统供给。任何强度的运动,开始首先供能的都是ATP—CP系统,其特点是:①分解供能速度快,重新合成ATP速度最快。②不需要氧。③不产生乳酸。④ATP—CP供能系统最大输出功率为50W /Kg体重,是三个供能系统中输出功率最高者。⑤维持供能的时间短。例如一名70kg的人参加运动的肌肉以20kg计算,ATP—CP供能系统储备的能量,可供轻快走步运动的时间约为1分钟;或可维持最大强度运动时间约为6—8秒左右。30—60公尺疾速跑全靠ATP—CP供能系统保证;60—100公尺跑主要靠ATP—CP系统供能;200—400公尺跑大部分由ATP-CP系统供能(也靠乳酸系统提供部分能量)。可见,ATP—CP系统在短时间最大强度运动的供能体系中起着重要作用。

(二)   糖酵解系统及其供能特点

当人体剧烈运动时,骨骼肌能量消耗不仅量大且速度快,有氧供能不足。而ATP-CP大量消耗时,糖的无氧酵解便开始参与供能。当氧供应不足的程度为氧化供能需要量的2倍以及肌肉中ATP-CP被消耗的量约为原储备量50%左右时,为了迅速再合成ATP以保证持续运动的能力,骨骼肌中的糖原便大量无氧分解,乳酸开始生成。糖无氧酵解系统是400m、800m、1500m跑,100m、200m游泳的主要供能系统。

糖无氧酵解系统供能的特点:①糖原酵解供能速度快,比有氧氧化供能来得及时,故称其为应急能源。②糖原酵解供能不需要氧,是脂肪酸、甘油、氨基酸等供能物质所不及的。③糖无氧酵解系统供能的最大输出功率为25W/kg体重,约为磷酸原系统的1/2。因此,利用以糖无氧酵解系统供能为主的运动,表现的速度与力量都不如磷酸原系统,但维持供能时间比较长。④糖酵解产生的能量有限,但可积少成多。⑤糖酵解的代谢产物为乳酸。乳酸在肌细胞中的大量增多,不仅对ATP的合成起抑制作用,且引起肌细胞代谢性酸中毒,工作能力降低,易发生疲劳。

(三)   有氧氧化系统及其供能特点

虽然在糖酵解作用中,能迅速释放能量并且不需要氧,可是在这种情况下再合成ATP的量是相当少的。糖、脂肪和蛋白质在氧供应充足的条件下,氧化为二氧化碳和水,同时释放大量能量,使ADP再合成ATP。这种有氧氧化供能过程,称为有氧氧化系统。

有氧氧化系统供能的特点:(1)体内95%的ATP均来自线粒体内的氧化磷酸化作用,是ATP生成的主要途径,是人体能量消耗的主要供能系统。(2)糖的有氧氧化释放的能量比糖酵解生成的ATP数量大19倍,因此比糖酵解产生的能量多,且比脂肪消耗的能量少,是体内最经济的能量供应系统。(3) 有氧供能系统的能量物质来源广阔、种类多、储备量大,是取之不尽的能量来源。(4)有氧氧化过程复杂、供能速度慢,脂肪的氧化供能因耗氧量大,受氧利用率的影响,只有在运动强度低.氧供应充足的条件下才能被大量利用。所以有氧供能系统是耐力运动项目的主要供能来源。(5)糖和脂肪的有氧氧化时,最大输出功率比其他两个系统均低。

 

ATP-CP系统

糖无氧酵解系统

有氧氧化系统

无氧代谢

 

十分迅速

 

化学能源:CP

 

ATP生成很少肌中少量少

 

用于短跑或任何高功率、短时间的活动

无氧代谢

 

迅速

 

食物能源:糖原

 

有限的ATP生成

副产品乳酸可导致肌肉疲劳

用于1~3min的活动

有氧代谢

 

 

食物能源糖、脂肪、蛋白质

ATP生成很多

没有导致疲劳的副产品

勇于耐力或长时间的活动

                   表2:三种能量供应系统的供能特点的对比@

供氧

条件

共氧机构

能量容量(每千克\体重)

能量产生速度

(功\体重)

能量持续时间

 

ATP-CP非乳酸能

 

乳酸能(糖原-乳酸)

100卡\㎏

 

230卡\㎏

 

13卡\㎏\秒

 

7卡\㎏\秒

100\13=7.7S

 

230\7=33S

有氧

糖原-CO2+H2O

氧充分时100000卡\㎏

3.6卡\㎏\秒

1.5~2小时

 

        

 

 

 

 

 

 

                        表3:人体肌肉供给能量的能力(男青年)     玛格里亚(1968)

不同项目中的供能系统

项  目

时  间

ATP-CP供能

无氧糖酵解供能

有氧供能

100m

 

200m

 

400m

 

800m

 

1500m

 

3000m

 

5000m

 

10000m

 

马拉松

 

田赛项目

10”~15”

 

22”~35”

 

1’~1’30”

 

2’~3’

 

4’~6’

 

10’~16’

 

15’~25’

 

30’~50’

 

135’~180

98

 

95

 

80

 

30

 

20

 

20

 

10

 

5

 

5

 

90

2

 

2

 

15

 

65

 

55

 

40

 

20

 

15

 

5

 

10

0

 

3

 

5

 

5

 

25

 

40

 

70

 

80

 

90

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

表4田径项目有氧供能系统与无氧供能系统供能百分比(%)

如上表所示,有些项目主要由ATP-CP系统供能(如:100m);有些项目几乎全部由有氧氧化系统供能(如:马拉松);有些项目主要依靠糖酵解系统生成ATP供能(如:400m和800m);有的则需要无氧代谢与有氧代谢混合供能(如:1500m)。这说明运动项目的能量供应之间是紧密相连的,形成一个连续统一体,称为“能量连续统一体”

 

结束语

人体运动时的能量供应主要是以三大营养物质为基础,在不同的运动项目中由肌体的三大能源系统相互协调而完成的。教练员和运动员如在实际训练中已此为指导,采取有针对性的训练手段,将大大提高运动员的成绩。

 主要参考文献


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