2020-01-26 20:21

有氧运动的那些事儿] 二、能量代谢

  为什么很多人马拉松跑到30公里会有撞墙效应?是不是运动30分钟之后才开始燃烧脂肪?我们运动的时候是通过血糖来供能的吗?为什么马拉松比赛之前要进行高糖饮食?为什么我们低强度有氧运动的时候血液里也会有乳酸?

  人体运动的本质,就是肌纤维将化学能转化为动能加热量的过程,我们外在的表现,就是内部化学反应的结果。人体具有三大供能系统,在运动过程中肌纤维将ATP转化为ADP,同时在这个过程中将释放的化学能转化为机械能。因此人体的各种供能系统,无论是有氧还是无氧,都是用于给肌纤维提供ATP的。他们各自不同的化学过程,导致供能速度不同,持续强度也不同。

  磷酸原供能包含两部分,一部分是体内储存的ATP,当ATP含量下降时,骨骼肌内的磷酸肌酸(CP)会迅速转化为ATP,他们统称为磷酸原供能。磷酸原供能速度很快,是有氧氧化的3倍,因此是冲刺,举重,投掷一类爆发输出的主要供能来源,但储存量很小,只能支持约8秒以内的供能。

  一个糖分子在肌纤维细胞内(线粒体外),通过酵解反应,生成丙酮酸,不消耗氧气,同时提供两分子的 ATP。这个过程叫做糖酵解。糖酵解提供能量速度同样很快,大概是有氧氧化的2倍,在缺氧的情况下,丙酮酸转化为乳酸。这就是运动中乳酸的来源。随着糖酵解的进行,乳酸不断增高,对糖酵解的过程产生了抑制。因此,糖酵解的过程并不能长时间持续下去。要么,因为无法坚持下去,被迫停止运动;要么,降低强度,糖酵解的产物继续进入线粒体有氧氧化系统并且达到平衡。

  需要注意的是,这里提到的糖,主要是肌糖,并不是血糖,人体中,只有大脑是主要直接靠血糖进行供能的。而肌糖存储于肌肉细胞中,是由血糖转化生产不断提供的。

  有氧氧化是在细胞中的线粒体内部进行的,线粒体内部存在的酶等环境,可以进行有氧氧化这样的过程。有氧氧化主要的物质是乳酸和脂肪酸。分别对应糖供能和脂肪供能。乳酸的来源在糖酵解中有明确说明,而脂肪酸则来自于人体脂肪的分解,之后通过血液运送到线粒体中。糖供能的方式供能相对较快,持续时间受限于肌糖和肝糖储存量,一般普通人肝糖和肌糖的储存量可以持续供能90分钟以上,经过训练的人群,肌糖储存量会有明显增加。而脂肪供能特点是供能的速率更慢,但维持的时间会非常长。哪怕是一个非常瘦的人,体内含有的脂肪从供能的角度来说足以支持上百小时的运动。

  实际上,在一般运动中(或者说哪怕是安静状态),三种供能系统是同时开动的,他们是人体自动调节动态平衡的,只在功率大小上有不同的贡献,并没有化学过程中的先后顺序,因此会有一种现象,即使是安静状态下,人体的肌肉和血液中也是有乳酸的,只是浓度较低,产生和清除两者平衡而已。【2】

  从前面对三大供能系统的介绍可以很自然的得出,有氧和无氧的区分,从代谢方式上是很容易的,ATC-CP以及糖酵解属于无氧范畴,而有氧氧化是无氧范畴。但实际运动中,没有纯粹的无氧运动,也没有纯粹的有氧运动。只是对于不同时间高强对运动,有氧和无氧占比有所不同。在持续超过一分钟的最大运动中,有氧供能就会超过一半,而在一小时输出乃至马拉松和超马运动,有氧输出会占有绝大的百分比。【1】

  简单说一下呼吸商(RER)的概念。它指的是生物体在同一时间内,释放二氧化碳与吸收氧气的体积之比。根据简化的代谢化学方程式可以得知,糖代谢的呼吸商为1,脂肪代谢的呼吸商为0.7,(由于蛋白质供能的比例非常小,通常忽略不计)

  通过对人体呼吸商的监测,就可以实时得知体内进行有氧氧化消耗的糖和脂肪的比例。呼吸商还可以标志VO2MAX的到来,一般在乳酸阈值附近,血乳酸开始快速升高,人体为了平衡酸碱度,有HCO3与乳酸反应,生成大量CO2,导致呼吸商快速升高,一般认为RER=1.1的地方可以作为VO2MAX测量结束点的判断标准之一。【4】

  除去因为抽筋力竭等原因,撞墙效应大多是由于肌糖耗尽,糖氧化过程停止,同时肌糖的缺失也会影响脂肪供能,导致供能非常有限,主观感受就是一点劲儿都没有了。

  因此,有针对性的防止肌糖耗尽,一方面要增加肌糖的含量,另一方面要降低肌糖的使用。对于前者,一般来说长期有氧锻炼,会导致肌糖存量增加。另外,在比赛前一周,进行一次肌糖耗尽的训练,然后持续高糖饮食,可以导致肌糖超量储存,达到最大限度提高肌糖存量的目的。对于后者,长时间低强度有氧运动,可以更多的进行脂肪代谢的过程,训练脂肪供能的能力,这就是为什么马拉松训练需要拉LSD, LSD的要点不仅是距离长,而且还要慢,如果用较快的配速完成长距离,反而达不到LSD的效果。

  另外,对于不同的人来讲,脂肪供能和糖供能的比例可能会有较大差别,有些人较低强度有氧运动,就会有90%以上糖供能,这样的人不经过特别训练,马拉松撞墙是必然的。而有些人在中等强度以上,仍能保持大部分是脂肪供能,这样的人相对不容易有撞墙的情况发生。

  三大供能系统的比例主要跟运动强度有关,只要强度比较低,刚一开始运动,就会进行脂肪供能,就会消耗脂肪。

  用实例来证明一下,下图是我进行VO2MAX测试的RER数据,可以看到,开始热身运动3分钟的时候(此时心率大概120),RER数值大概是0.75,这说明脂肪供能在80%左右。

  对于有氧糖代谢来讲,运动供能是血糖和肌糖同时供能的,血糖在血液中含量很低,在有强度的运动中,供能的比例是较小的,在10%左右,更主要的供能是肌糖供能,肌糖含量大,并且在细胞内部,反应可以快速进行。

  糖代谢的第一个过程是生成乳酸,然后在线粒体内部进行氧化,所以只要存在糖供能,血液中就必然有乳酸存在,一个人哪怕是在静坐,血液里也是有血乳酸的。

  [1] 邓树勋、王健、乔德才、郝选明《运动生理学》(第三版) 高等教育出版社2005.7

  [2] 刘俊一 《无氧运动能力与有氧运动能力 引论-新论》科学出版社 2015.6

  [3] 卢克汉弗莱、凯斯汉森、凯文汉森《汉森马拉松训练法》人民邮电出版社 2016.6

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