運動生物化學視角運動員體能的生化基礎論文

運動生物化學視角運動員體能的生化基礎論文

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摘要：

從運動生物化學角度分析運動員的體能訓練，認為運動員的體能強弱主要體現在能量(三磷酸腺苷，即ATP)的含量及其轉換速率。教練員可根據人體三大能量供應系統的特點與規律，合理安排運動強度與時間，運用血乳酸生化指標進行科學監控，提高運動員體能訓練的效率。

關鍵詞：

體能訓練;ATP;血乳酸;能量;

體能是運動員取得優異運動成績的基礎，是運動員的基本運動能力，還是運動員提高技戰術水平和創造優異成績所必需的各種運動能力的綜合。體能的生物化學物質基礎是機體能量儲存和供應能力。本文從運動生物化學的角度分析運動員體能的生化基礎，為科學的體能訓練提供理論依據。

1、體能取決于人體能量

1.1、體能與能量

良好的體能有利于運動員技戰術水平的提高，使機體各器官盡快適應外界環境，預防運動損傷，延長運動壽命。機體的任何運動方式都是由骨骼肌收縮引起的，而肌肉收縮需要消耗大量的能量[1]。骨骼肌運動的唯一直接能量就是三磷酸腺苷(ATP),ATP的存量及轉換能力決定了運動員的體能。

運動生物化學視角運動員體能的生化基礎

一般來說，人體內的ATP含量很少，只能供給0.5～0.8s的最大強度運動。ATP含量雖少但轉換速率快，在大強度運動中，磷酸肌酸(CP)被立即動員，CP將其高能磷酸化學鍵轉給ADP(二磷酸腺苷)合成ATP，由ATP直接向骨骼肌供能[2]。

人體ATP-CP的總儲量也很少，一般供應5～7s的最大強度運動。10～120s的運動逐步動員糖酵解供能系統(乳酸能供能系統)，較長時間的運動則需要有氧氧化供能系統供能(圖1)。

人體通過糖酵解、有氧氧化產生大量的熱能，用于ATP的合成，維持骨骼肌中ATP的正常含量，少部分以熱的形式散發，維持身體的正常體溫[3]。人體內的ATP-CP儲量越豐富，糖酵解和有氧氧化供能系統能力越強，表現出來的各項體能就越好。

可見，運動員的體能決定于骨骼肌收縮過程所需要的能量及其供應過程，運動時骨骼肌能量的基礎物質主要來源于CP、糖、脂肪、蛋白質。能量產生的多少及轉換速率的快慢直接決定骨骼肌的工作能力。能量產生得越多，轉換速率越快，運動員的體能越好。

1.2、運動時能量供應基本過程

機體有三大能量供能系統，分別為磷酸原(ATP-CP)供能系統、糖酵解供能系統和有氧氧化供能系統，如表1所示。運動開始時，首先由ATP直接供能，并快速動員CP，磷酸原供能系統只能為高強度的力量與速度體能項目運動員提供5～7s的能量。如60～100m短跑、投擲、舉重等項目，主要靠ATP-CP供給能量。

若運動時長超過磷酸原供能時間，機體快速動員糖酵解供能系統，即在無氧條件下體內的糖在無氧代謝酶的催化作用下經糖酵解的一系列生物化學反應，最后生成乳酸，同時合成ATP。糖酵解的高峰期一般為45s，維持高強度運動為1min左右[4]。

如400m跑、100m游泳等無氧速度耐力體能項目，主要由糖酵解提供能量。

當進行長時間中、小強度運動時，所需的能量由有氧氧化供能系統供應，即糖、脂肪、蛋白質等人體能源物質在氧氣充足的條件下，依靠各種有氧代謝酶經過一系列復雜的化學反應，最后生成二氧化碳和水，同時釋放大量熱能，這些熱能大部分合成ATP，一部分則以熱能的形式散發，維持人體的體溫[5]。

如10000m跑、馬拉松或時間超過2min以上的中等強度運動。

如表1所示，不同能量供應系統的供能時間不同，輸出功率也不一樣[6]:磷酸原供能輸出功率最大，為50W/kg體重;糖酵解供能系統輸出功率為25W/kg體重;糖有氧氧化輸出功率為12.5W/kg體重;脂肪有氧氧化的輸出功率最低，只有6.25W/kg體重。

可見:應用磷酸原供能時，運動速度最快，力量最大，如終點沖刺、最大爆發力訓練等;脂肪有氧代謝的能量輸出功率最小。因此，不能以100m跑的速度去跑800m。

表1人體三大供能系統特點與體能

2、體能訓練目的:提高物質代謝和能量代謝能力

運動員的體能是以人體三大供能系統為能量供應基礎，通過力量、速度、耐力等運動素質表現出來的人體基本的運動能力，是運動員競技能力的重要構成部分。人體各供能系統的供能能力決定各項體能水平。

不同運動項目需要的體能不同，能量的供應系統也不同，科學的運動訓練就是根據各供能系統的特點與規律，合理安排運動時間、運動強度，提高機體相應供能系統的能量代謝水平和能力，提高運動員的體能，如表2所示。

2.1、力量與速度訓練生化分析

依據磷酸原供能系統的特點，力量和速度類項目如短距離跑、跳躍、投擲，以及舉重、柔道、摔跤等短時間大強度運動項目，一般采用10s左右大強度運動、30～40s間歇的訓練[6]。

10s內的大強度運動，基本是ATP-CP供給能量，30～40s間歇可以使ATP-CP得到一定程度的恢復，通過科學、多組的高強度訓練，可以有效提高運動員的磷酸原代謝能力。

實踐中，使訓練負荷達到最大值，將運動時間控制在10s內，也可增加重復次數，還可根據運動員的特點調整間歇時間，組間休息一般在3～6min，保證機體有效恢復。

2.2、無氧耐力訓練生化分析

提高無氧耐力必須以增強糖酵解供能能力為主。該供能系統中，葡萄糖或肌糖原在無氧條件下進行代謝，最后生成乳酸并釋放能量。因此，提高無氧耐力的訓練往往采用1min左右高強度運動、4～6min休息的方法，或使運動員的血乳酸保持在12mmol/L及以上濃度。

運動中產生的大量血乳酸可以提高運動員的乳酸耐受能力，從而提高其糖酵解供能能力。

2.3、有氧耐力訓練生化分析

有氧耐力項目運動員運動時的能量主要由糖、脂肪、蛋白質有氧氧化供給。有氧氧化供能系統輸出功率低，但供能時間長，長距離游泳、中長跑、自行車、馬拉松等運動項目主要靠有氧氧化系統供能。有氧耐力訓練一般選擇負荷強度較低、時間較長、無間斷的持續性訓練方法，運動時間需超過項目比賽時間。

也可采用多組間歇訓練法，一般是4min運動、6～10min休息的多組重復訓練。

人體運動時能量生成的基本過程為無氧和有氧氧化過程。這2個代謝過程與運動能力及專項相適應，即不同運動項目要求不同的代謝過程作為其能量供應基礎。運動過程中的能量釋放取決于運動負荷和時間，不同運動強度和時間有相對的代謝比例，需依據能量供應的主要系統進行訓練設計。

3、能量代謝特點與專項體能訓練

無論是靜止狀態還是運動狀態，機體供能系統都在運轉。運動過程中，三大供能系統相互依存、相互聯系、相互影響。各供能系統的供能只有順序和主次區別，沒有絕對的界限。

運動項目不同，運動時間和強度不同，運動中各供能系統參與供能的比例也不一樣，但各供能系統之間仍然協調配合以確保能量供應，使運動中骨骼肌能順利活動，適應不同運動項目的需求。

3.1、專項體能訓練與能量供應系統

在提高體能的訓練中，短距離運動項目的專項體能訓練時間往往比其他運動項目更短，而長距離或超長距離項目專項體能的訓練時間則更長。

如:100m跑專項體能訓練，一般采用60m跑或30～60m行進間跑;400m跑專項體能訓練往往采用200～300m高強度跑，但10000m專項訓練經常超過10000m，馬拉松則采用50km跑步訓練。

其主要原因是:100m跑主要供能系統是ATP-CP,ATP-CP的供能時間為5～7s,30m、60m跑的運動時間能保證ATP-CP供能系統得到訓練，從而有效提高100m跑專項運動能力;300m跑、100m跑和超馬拉松專項訓練，分別能提高糖酵解供能能力和有氧氧化供能能力。

3.2、無氧代謝供能系統與有氧氧化供能系統

無氧代謝供能系統包括磷酸原供能系統和糖酵解供能系統，2個供能系統雖然都是無氧的，但供能途徑不同，所需要的酶不一樣，訓練時間也不相同。10s大強度運動主要由磷酸原供能，45～60s大強度運動主要是糖酵解供能。

盡量避免20～30s的高強度訓練，因為20～30s運動不能明確是發展磷酸原供能系統，還是發展糖酵解供能系統。同理，發展有氧氧化供能系統能力需進行較長時間的中等強度運動。如提高400m跑運動員的專項體能，應以糖酵解供能為主，體能訓練時單次大負荷運動60s左右，不可超過2min。

超過2min的中等強度訓練，一般是發展有氧代謝供能系統的專項體能訓練。在體能訓練過程中，應根據運動項目專項供能的特點進行有針對性的練習。

3.3、體能訓練運動強度測試與評定

乳酸是糖酵解的代謝產物，運動中血乳酸的生成量既可科學評定訓練強度，又可鑒定運動中三大供能系統的供能比例，還可評定各供能系統的供能能力。

一般來說:短時間大強度運動是磷酸原供能系統供能，供能時不產生乳酸，血乳酸越少，說明磷酸原供能能力越好，運動員的力量與速度能力好;如果血乳酸多，說明是糖酵解供能系統供能，乳酸越多，說明糖酵解供能能力越好，無氧耐力好;如果是較長時間的運動，血乳酸越低，說明有氧氧化供能系統能力強，有氧耐力好。

4、小結

良好的體能是運動員取得優異運動成績的關鍵。機體能量的貯量及轉換能力決定了運動員體能的強弱。體能訓練的能量供應取決于人體三大供能系統，不同運動項目運動員運動時各供能系統占比不同。

在訓練和比賽中，教練員可用乳酸來監控運動員體能訓練的供能比例，做到合理安排，科學訓練，為提高運動員的體能、取得優異運動成績提供物質和能量基礎。