运动生物化学视角运动员体能的生化基础

　　摘    要：　从运动生物化学角度分析运动员的体能训练，认为运动员的体能强弱主要体现在能量(三磷酸腺苷，即ATP)的含量及其转换速率。教练员可根据人体三大能量供应系统的特点与规律，合理安排运动强度与时间，运用血乳酸生化指标进行科学监控，提高运动员体能训练的效率。

　　关键词：　体能训练; ATP; 血乳酸; 能量;

　　体能是运动员取得优异运动成绩的基础，是运动员的基本运动能力，还是运动员提高技战术水平和创造优异成绩所必需的各种运动能力的综合。体能的生物化学物质基础是机体能量储存和供应能力。本文从运动生物化学的角度分析运动员体能的生化基础，为科学的体能训练提供理论依据。

　　1 、体能取决于人体能量

　　1.1 、体能与能量

　　良好的体能有利于运动员技战术水平的提高，使机体各器官尽快适应外界环境，预防运动损伤，延长运动寿命。机体的任何运动方式都是由骨骼肌收缩引起的，而肌肉收缩需要消耗大量的能量[1]。骨骼肌运动的唯一直接能量就是三磷酸腺苷(ATP),ATP的存量及转换能力决定了运动员的体能。
 

　　一般来说，人体内的ATP含量很少，只能供给0.5～0.8 s的最大强度运动。ATP含量虽少但转换速率快，在大强度运动中，磷酸肌酸(CP)被立即动员，CP将其高能磷酸化学键转给ADP(二磷酸腺苷)合成ATP，由ATP直接向骨骼肌供能[2]。人体ATP-CP的总储量也很少，一般供应5～7 s的最大强度运动。10～120 s的运动逐步动员糖酵解供能系统(乳酸能供能系统)，较长时间的运动则需要有氧氧化供能系统供能(图1)。人体通过糖酵解、有氧氧化产生大量的热能，用于ATP的合成，维持骨骼肌中ATP的正常含量，少部分以热的形式散发，维持身体的正常体温[3]。人体内的ATP-CP储量越丰富，糖酵解和有氧氧化供能系统能力越强，表现出来的各项体能就越好。可见，运动员的体能决定于骨骼肌收缩过程所需要的能量及其供应过程，运动时骨骼肌能量的基础物质主要来源于CP、糖、脂肪、蛋白质。能量产生的多少及转换速率的快慢直接决定骨骼肌的工作能力。能量产生得越多，转换速率越快，运动员的体能越好。

　　图1 体能与能量供应的关系

　　1.2、 运动时能量供应基本过程

　　机体有三大能量供能系统，分别为磷酸原(ATP-CP)供能系统、糖酵解供能系统和有氧氧化供能系统，如表1所示。运动开始时，首先由ATP直接供能，并快速动员CP，磷酸原供能系统只能为高强度的力量与速度体能项目运动员提供5～7 s的能量。如60～100 m短跑、投掷、举重等项目，主要靠ATP-CP供给能量。若运动时长超过磷酸原供能时间，机体快速动员糖酵解供能系统，即在无氧条件下体内的糖在无氧代谢酶的催化作用下经糖酵解的一系列生物化学反应，最后生成乳酸，同时合成ATP。糖酵解的高峰期一般为45 s，维持高强度运动为1 min左右[4]。如400 m跑、100 m游泳等无氧速度耐力体能项目，主要由糖酵解提供能量。当进行长时间中、小强度运动时，所需的能量由有氧氧化供能系统供应，即糖、脂肪、蛋白质等人体能源物质在氧气充足的条件下，依靠各种有氧代谢酶经过一系列复杂的化学反应，最后生成二氧化碳和水，同时释放大量热能，这些热能大部分合成ATP，一部分则以热能的形式散发，维持人体的体温[5]。如10 000 m跑、马拉松或时间超过2 min以上的中等强度运动。

　　如表1所示，不同能量供应系统的供能时间不同，输出功率也不一样[6]:磷酸原供能输出功率最大，为50 W/kg体重;糖酵解供能系统输出功率为25 W/kg体重;糖有氧氧化输出功率为12.5 W/kg体重;脂肪有氧氧化的输出功率最低，只有6.25 W/kg体重。可见:应用磷酸原供能时，运动速度最快，力量最大，如终点冲刺、最大爆发力训练等;脂肪有氧代谢的能量输出功率最小。因此，不能以100 m跑的速度去跑800 m。

　　表1 人体三大供能系统特点与体能

　　2 、体能训练目的:提高物质代谢和能量代谢能力

　　运动员的体能是以人体三大供能系统为能量供应基础，通过力量、速度、耐力等运动素质表现出来的人体基本的运动能力，是运动员竞技能力的重要构成部分。人体各供能系统的供能能力决定各项体能水平。不同运动项目需要的体能不同，能量的供应系统也不同，科学的运动训练就是根据各供能系统的特点与规律，合理安排运动时间、运动强度，提高机体相应供能系统的能量代谢水平和能力，提高运动员的体能，如表2所示。

　　表2 体能训练的生物化学基础

　　2.1、 力量与速度训练生化分析

　　依据磷酸原供能系统的特点，力量和速度类项目如短距离跑、跳跃、投掷，以及举重、柔道、摔跤等短时间大强度运动项目，一般采用10 s左右大强度运动、30～40 s间歇的训练[6]。10 s内的大强度运动，基本是ATP-CP供给能量，30～40 s间歇可以使ATP-CP得到一定程度的恢复，通过科学、多组的高强度训练，可以有效提高运动员的磷酸原代谢能力。实践中，使训练负荷达到最大值，将运动时间控制在10 s内，也可增加重复次数，还可根据运动员的特点调整间歇时间，组间休息一般在3～6 min，保证机体有效恢复。

　　2.2、 无氧耐力训练生化分析

　　提高无氧耐力必须以增强糖酵解供能能力为主。该供能系统中，葡萄糖或肌糖原在无氧条件下进行代谢，最后生成乳酸并释放能量。因此，提高无氧耐力的训练往往采用1 min左右高强度运动、4～6 min休息的方法，或使运动员的血乳酸保持在12 mmol/L及以上浓度。运动中产生的大量血乳酸可以提高运动员的乳酸耐受能力，从而提高其糖酵解供能能力。

　　2.3、 有氧耐力训练生化分析

　　有氧耐力项目运动员运动时的能量主要由糖、脂肪、蛋白质有氧氧化供给。有氧氧化供能系统输出功率低，但供能时间长，长距离游泳、中长跑、自行车、马拉松等运动项目主要靠有氧氧化系统供能。有氧耐力训练一般选择负荷强度较低、时间较长、无间断的持续性训练方法，运动时间需超过项目比赛时间。也可采用多组间歇训练法，一般是4 min运动、6～10 min休息的多组重复训练。

　　人体运动时能量生成的基本过程为无氧和有氧氧化过程。这2个代谢过程与运动能力及专项相适应，即不同运动项目要求不同的代谢过程作为其能量供应基础。运动过程中的能量释放取决于运动负荷和时间，不同运动强度和时间有相对的代谢比例，需依据能量供应的主要系统进行训练设计。

　　3 、能量代谢特点与专项体能训练

　　无论是静止状态还是运动状态，机体供能系统都在运转。运动过程中，三大供能系统相互依存、相互联系、相互影响。各供能系统的供能只有顺序和主次区别，没有绝对的界限。运动项目不同，运动时间和强度不同，运动中各供能系统参与供能的比例也不一样，但各供能系统之间仍然协调配合以确保能量供应，使运动中骨骼肌能顺利活动，适应不同运动项目的需求。

　　3.1、 专项体能训练与能量供应系统

　　在提高体能的训练中，短距离运动项目的专项体能训练时间往往比其他运动项目更短，而长距离或超长距离项目专项体能的训练时间则更长。如:100 m跑专项体能训练，一般采用60 m跑或30～60 m行进间跑;400 m跑专项体能训练往往采用200～300 m高强度跑，但10 000 m专项训练经常超过10 000 m，马拉松则采用50 km跑步训练。其主要原因是:100 m跑主要供能系统是ATP-CP,ATP-CP的供能时间为5～7 s,30 m、60 m跑的运动时间能保证ATP-CP供能系统得到训练，从而有效提高100 m跑专项运动能力;300 m跑、100 m跑和超马拉松专项训练，分别能提高糖酵解供能能力和有氧氧化供能能力。

　　3.2、 无氧代谢供能系统与有氧氧化供能系统

　　无氧代谢供能系统包括磷酸原供能系统和糖酵解供能系统，2个供能系统虽然都是无氧的，但供能途径不同，所需要的酶不一样，训练时间也不相同。10 s大强度运动主要由磷酸原供能，45～60 s大强度运动主要是糖酵解供能。尽量避免20～30 s的高强度训练，因为20～30 s运动不能明确是发展磷酸原供能系统，还是发展糖酵解供能系统。同理，发展有氧氧化供能系统能力需进行较长时间的中等强度运动。如提高400 m跑运动员的专项体能，应以糖酵解供能为主，体能训练时单次大负荷运动60 s左右，不可超过2 min。超过2 min的中等强度训练，一般是发展有氧代谢供能系统的专项体能训练。在体能训练过程中，应根据运动项目专项供能的特点进行有针对性的练习。

　　3.3 、体能训练运动强度测试与评定

　　乳酸是糖酵解的代谢产物，运动中血乳酸的生成量既可科学评定训练强度，又可鉴定运动中三大供能系统的供能比例，还可评定各供能系统的供能能力。一般来说:短时间大强度运动是磷酸原供能系统供能，供能时不产生乳酸，血乳酸越少，说明磷酸原供能能力越好，运动员的力量与速度能力好;如果血乳酸多，说明是糖酵解供能系统供能，乳酸越多，说明糖酵解供能能力越好，无氧耐力好;如果是较长时间的运动，血乳酸越低，说明有氧氧化供能系统能力强，有氧耐力好。

　　4 、小结

　　良好的体能是运动员取得优异运动成绩的关键。机体能量的贮量及转换能力决定了运动员体能的强弱。体能训练的能量供应取决于人体三大供能系统，不同运动项目运动员运动时各供能系统占比不同。在训练和比赛中，教练员可用乳酸来监控运动员体能训练的供能比例，做到合理安排，科学训练，为提高运动员的体能、取得优异运动成绩提供物质和能量基础。

　　参考文献

　　[1]林文弢．运动生物化学[M]．北京:高等教育出版社，2019:52.
　　[2]翁锡全．运动训练的生物化学[M]．广州:广东高等教育出版社，2016:24.
　　[3]翁锡全．运动训练的生化原理[J]．中国体育教练员，2017,25(1):16-17.
　　[4]李颖，翁锡全．运动训练负荷监控的生化原理与应用[J]．中国体育教练员，2017,25(2):16-17.
　　[5]孙大伟，刘二伟．体能训练基本原理的生化分析[J]．科技信息，2009(4):230-231.
　　[6]金姬．运用代谢原理科学设计运动训练方式的探索[J]．现代企业教育，2014(8):436.