运动时的能量转换 - 陪你跑

发布于 2017-07-17 16:19

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人体就像是一部汽车，需要能量才能发动运作，而人体所需要的燃料就是食物。食物经由消化系统处理后，其中的营养成分经过一系列的代谢过程转变成人体细胞所需的能量形式──腺苷三磷酸（ATP）。

为了维持生命，身体器官会不断地运作，所以人体全天24小时都在消耗能量。不过，激烈运动时所需的能量比静态活动时高出许多，甚至可以达到200倍之多，因此运动时身体必须快速应对提供足够的能量。

人体的运动是经由肌肉收缩而实现的，而肌肉收缩所需要的能量，来自于储藏在肌肉中的ATP分解为ADP（二磷酸腺苷）时所产生。然而，存在于肌肉细胞中的ATP非常有限，大约在2-3秒内就会被耗尽。为了让运动能够持续进行，身体会通过其它代谢路径来不断提供ATP给细胞使用。

这些路径包括：

(1) 经由磷酸肌酸（CP）的分解来重新合成；

(2) 将糖类经由“糖解作用”产生；

(3) 将糖类、脂肪与蛋白质经由氧化作用代谢形成。

1 ATP-CP系统：

爆发性/大功率/极短时间

ATP-CP系统是人体制造ATP最快捷的方式，当肌肉细胞内的ATP被分解，原本储存在肌肉细胞内的CP会通过肌酸激酶的催化分解为肌酸和磷酸，同时释放出能量，在此过程中产生的能量可以帮助ADP重新合成为ATP。

不过，因为储存在肌肉中的ATP或CP的数量不多，故此系统所产生的ATP主要是提供运动初始时或10秒内完成高强度运动的能量所需，例如：短跑冲刺、挥棒击球等。

2 乳酸系统：

中等功率/短时间

乳酸系统是肌肉细胞中ATP与CP将耗尽且运动需持续进行时会启动的能量系统，简单来说，是将葡萄糖或肝糖经由糖解作用分解为丙酮酸或乳酸，同时产生ATP供应身体所需。

不过，糖解作用是一个极为繁复的流程，肌肉中的糖类经由多阶段分解，成为丙酮酸来产生肌肉所需能量，而且会先消耗ATP，再获得更多ATP。另外，在糖解作用中会产生一对氢原子，由细胞中的烟碱酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD，辅酶的一种）来接收，还原成为NADH。当运动强度提升，需要快速且大量产生ATP供肌肉使用时，糖解作用必须加速进行，大量氢原子被产出，若细胞内的NAD不足时，还原态的NADH会通过乳酸脱氢酶的催化，将一对氢原子转给丙酮酸而形成NAD，得到氢原子的丙酮酸因而还原成为乳酸，因此这个过程被称为乳酸系统。

由于乳酸系统与ATP-PC系统的过程中都不需氧气参与，因此两者又合称为无氧系统。由于存在于体内的上述物质都有限，乳酸系统大约30秒就会完全耗尽。

3 有氧系统：

低功率/长时间

有氧系统是身体将所摄取的碳水化合物、脂肪与蛋白质经过消化分解，并经过一系列的代谢作用之后，产生能量来帮助ATP的合成，因为过程中有氧气参与，故而得名。在糖解系统中产生的丙酮酸与血液中的脂肪酸，进入至细胞粒线体中的 “柠檬酸循环”（又名三羧酸循环或克氏环）来产生ATP，由于过程复杂，因而需要花费较长时间。

当从事的运动强度较低时，ATP会以较慢的速度被消耗，因此也就会有较为充裕的时间进行ATP再合成。只要能获得充分的氧气供应，并摄取足够的糖类、蛋白质与脂肪，就能长时间持续地供应身体运动所需的能量。此系统在进行长距离跑步、快走等运动中较为活跃。