运动生理学课件第二章能量代谢.pptx

1、本章内容本章内容u 第一节第一节 人体能量的供给人体能量的供给 u 第二节第二节 人体能量代谢的测定人体能量代谢的测定u 第三节第三节 运动状态下的能量代谢运动状态下的能量代谢本章主要对生命活动的能量来源和去路、基本能量代谢途径、运动状态下的能量代谢特点等进行介绍。本章提要本章提要能量代谢、ATP稳态、磷酸原系统、糖酵解系统、有氧氧化系统、热价、氧热价、呼吸商、基础代谢率重点术语重点术语一、ATP与ATP稳态二、ATP的生成过程的生成过程三、不同途径合成不同途径合成ATP的总量及效的总量及效率率第一节第一节 人体能量的供给人体能量的供给一、ATP与ATP稳态机体中所贮存的机体中所贮存的ATP是

2、及其有限的是及其有限的化学能化学能 新的新的ATPATPATP既是能量的受体又既是能量的受体又是能量的供体是能量的供体。（不能被机体直接利用）*ATP是是能量代谢的重要媒介能量代谢的重要媒介1molATP 712kcal*ATP的分解释能的分解释能lATP的生成具有充足的合成底物的生成具有充足的合成底物l水解产物是水解产物是ATP再合成的效应剂再合成的效应剂lATP再合成途径很多再合成途径很多细胞、组织乃至器官、系统在能量转细胞、组织乃至器官、系统在能量转换过程中维持其换过程中维持其ATP恒定含量的现象恒定含量的现象。概念相关因素*ATP稳态二、ATP的生成过程如何才能如何才能不断地供给肌肉活

3、动的需要不断地供给肌肉活动的需要ATP是绝大多数生理活动的是绝大多数生理活动的直接能源，但其贮备量有限直接能源，但其贮备量有限。ATP边分解、边合成边分解、边合成能量来自三条途径概念概念由于由于ATP和和CP均含高均含高能磷酸原，因此将这种能磷酸原，因此将这种能量瞬时供应系统称为能量瞬时供应系统称为磷酸原系统或磷酸原系统或ATP-CP系统。系统。最大供能能力：420Jkg-1体重最大输出功率：56Jkgs-1支持时间：7.5s。磷酸原系统磷酸原系统肌肉收缩-ATP、CP分解放能-高能化学键瞬时转移给ADP-短时、少量ATPcpk引自：Brooks GA,Fahey TD,White TG.Ex

4、ercise physiology:human bioenergetics and its applications.4th edition,New York:McGraw-Hill,2004。（假设体重70kg的男性约含30kg骨骼肌质量）概念概念糖原或葡萄糖在无氧分糖原或葡萄糖在无氧分解过程中再合成解过程中再合成ATP的的供能系统供能系统。供能时要生供能时要生成乳酸，所以亦称之乳成乳酸，所以亦称之乳酸能系统酸能系统。最大供能能力：962Jkg-1体重最大输出功率为：29.3Jkgs-1支持时间：33s。糖酵解糖酵解系统系统供能的特点供能的特点：供能总量较磷酸原供能总量较磷酸原系统多，输出功

5、率次之，不需要系统多，输出功率次之，不需要氧，产生可导致运动疲劳的物质氧，产生可导致运动疲劳的物质乳酸乳酸。尽管糖酵解生成的尽管糖酵解生成的ATP量相对较少，但是它对运动过量相对较少，但是它对运动过程中保持程中保持ATP稳态具有非常重要的意义。稳态具有非常重要的意义。剧烈运动磷酸原供能系统提供的能量消耗殆尽有氧系统的过程尚未启动机体缺氧或氧利用障碍糖酵解系统磷酸原系统无氧供能系统概念概念糖、脂肪和蛋白质在氧供充足的情况下，彻底氧化成H2O和CO2的过程中，再合成ATP的供能系统。最大输出功率为：15Jkgs-1支持时间：最长有氧氧化有氧氧化系统系统ATP生成总量很大,但速率很慢,需要氧的参与,

6、不产生乳酸类的副产品,该系统是进行长时间耐力活动的物质基础。图2-2 葡萄糖有氧氧化概述l 对于能量代谢而言，三羧酸循对于能量代谢而言，三羧酸循环本身并非环本身并非ATP合成的主要地合成的主要地点，其主要作用在于为氧化磷点，其主要作用在于为氧化磷酸化提供还原当量。酸化提供还原当量。l 1分子糖分子糖 38或或36分子分子ATP（糖酵解糖酵解ATP生成量的生成量的1819倍倍。）。）三、不同途径合成ATP的总量及效率表2-2 ATP再合成的各种代谢途径效率的比较运动时间与最大输出功率及能源系统磷酸原系统ATP供应总量最低，但能提供最大的ATP合成效率；有氧氧化系统虽然提供的ATP总量最多，但AT

7、P合成效率最低；糖酵解系统的能量供应总量和供能效率则介于前二者之间.一、能量代谢测定原理与方法二、影响能量代谢的因素影响能量代谢的因素三、基础代谢基础代谢第二节第二节 人体能量代谢的测定人体能量代谢的测定热能热能电能电能渗透能渗透能化学能化学能机械能机械能自由能自由能（肌肉收缩）（合成代谢）（吸收、分泌）（维持体温）（神经传导、生物电）一、能量代谢测定原理与方法原理原理：营养物质氧化所释放的能量营养物质氧化所释放的能量=热能热能+机械功机械功静息状态：释放的能量=转化成的热能（机体的能量代谢=单位时间内产生的热量）运动或劳动：释放的能量=热能+机械功测试方法测试方法直接法直接法不适应测定人体更

8、不适应于测定人体在运动时的能量代谢。间接法间接法机体的耗氧量和机体的耗氧量和CO2的排出量与释放的热的排出量与释放的热量之间呈一定的比例量之间呈一定的比例关系（即定比定律）关系（即定比定律）。测测定定方方法法Step 1.每种营养物质氧化每种营养物质氧化分解时产生的能量有多少分解时产生的能量有多少Step 2.Step 2.三种营养物质三种营养物质各氧化了多少各氧化了多少 食物的热价食物的热价:1食物在氧化（或在体外燃烧）时食物在氧化（或在体外燃烧）时所释放出来的热量。所释放出来的热量。食物的氧热价：食物的氧热价：某种食物氧化时某种食物氧化时,每消耗每消耗1L氧所氧所产生的热量。产生的热量。呼

9、吸商呼吸商(Respiratory quotient,RQ)：指一定时间指一定时间内机体的内机体的COCO2 2产生量与耗产生量与耗O O2 2量的比值。量的比值。热价或卡价物理热价食物在体外燃烧时释放的热量生物热价食物在体内完全氧化时所产生的热量蛋白质蛋白质：生物热价生物热价物理热价物理热价(蛋白质在体内不能完全氧化分解，一部分以尿素的形式排出体外)三种营养物质氧化时的能量代谢相关指标一般情况下，混合膳食的呼吸商约在0.85左右。混合膳食分解氧化，呼吸商常变动于0.711.00之间，具体值取决于机体内三种营养物质氧化分解的比例。实际情况并非完实际情况并非完全如此简单全如此简单由此可知图2-3

10、 Benedict通过自行车功量计收集受试者呼出气示意图实验过程实验过程已知大气的O2、CO2百分含量收集分析受试者呼出气中的CO2和O2组成大体折算出单位时间内CO2生成量和耗氧量推算出能量代谢率二、影响能量代谢的因素肌肉活动环境温度食物的特殊动力效应精神和情绪活动其他因素最为显著（正比关系）混合食物可使产热量增加10%左右紧张状态下，能量代谢率可显著增加。种族、年龄、性别、身体成分等安静时的能量代谢在20-30的环境中最为稳定（几种活动的能耗量比较）三、基础代谢概念明晰概念明晰基础代谢是指人基础代谢是指人体在清晨极端安体在清晨极端安静状态下，不受静状态下，不受精神紧张、肌肉精神紧张、肌肉活

11、动、食物和环活动、食物和环境温度等因素影境温度等因素影响时的能量代谢。响时的能量代谢。单位时间内的基单位时间内的基础代谢，称为基础代谢，称为基础代谢率础代谢率，通常通常以每小时每平方以每小时每平方米体表面积的产米体表面积的产热量（热量（kJ/m2h）来表示。来表示。基础代谢与基础代谢率基础代谢与基础代谢率测定基础代谢率测定基础代谢率的的条件条件要求受试者排除精神紧张的影响；受试者体温正常。测定前避免剧烈活动，休息30分钟左右。测定时平卧，全身肌肉放松，尽量排除肌肉活动的影响；室温保持在20-25，排除环境温度的影响；清晨空腹，餐后12小时以上，前次进餐为素食，且不宜过饱，以排除食物特殊动力作用

12、的影响；中国人正常的基础代谢率平均值（kJ/m2h）基础代谢率的简易测定基础代谢率的简易测定l 产热量=20.20 耗氧量。l 中国人的体表面积（m2）可应用下列公式推算：0.0061 身高（cm）0.0128 体重（kg）0.1529l BMR=产热量/体表面积 体表面积测算图将受试者的身高和体重两点连成的直线与体表面将受试者的身高和体重两点连成的直线与体表面积尺度交点的数字，即为受试者的体表面积。积尺度交点的数字，即为受试者的体表面积。一、能量代谢对急性运动的反应二、能量代谢对慢性运动的适应能量代谢对慢性运动的适应三、与运动相关的能量代谢检测与评价与运动相关的能量代谢检测与评价第三节第三节

13、 人体能量代谢的测定人体能量代谢的测定急性运动开始继续维持强度糖酵解系统产生乳酸、维持运动时间延长呼吸、循环系统不能满足机体对氧的需求ATP、CP分解0102030405一、能量代谢对急性运动的反应06急性运动时的无氧代谢急性运动时的无氧代谢摄氧动力学曲线摄氧动力学曲线摄氧量摄氧量运动强度无氧阈强度 持续几分钟的慢成分最大摄氧量平台出现极量强度运动不出现平台达到或不能达到最大摄氧量急性运动时的急性运动时的有有氧代谢氧代谢大强度运动时的摄氧动力学曲线急性运动急性运动中能量代谢的整合中能量代谢的整合 大强度运动中各能量代谢系统对能量供应的参与并非顺序出现，而是相互整合、协调，共同满足体力活动的基本

14、器官肌肉对能量的需求。一般来讲，依运动模式、运动持续时间和强度不同，三种供能系统都参与能量供应，只不过各自在总体能量供应中所占的比例不同。不同持续时间最大运动时有氧和无氧系统供能比例不同时间最大运动过程中各能量供应系统的代谢动力学变化能量代谢对慢性运动的适应误区误区提示提示：认为有氧代谢系统对运动能量需求的反应相对较慢，因而在短时大强度运动时并不扮演重要角色。新近的研究证实，即使持续6s的极量强度运动，有氧氧化系统也都参与供能。有氧代谢在运动开始已参与能量供应。慢性运动上调其主要能量代谢供能系统的酶活性提高机体的运动节省化程度二、能量代谢对慢性运动的适应骨骼肌能量代谢系统改善、运动单位募集类型

15、改变、同等强度运动中通气量和心率降低以及运动技能提高急性运动对神经、激素的调节更加敏感；促进疲劳的消除。不同运动速度两名世界优秀10km跑运动员的摄氧量变化（其中运动员A的运动节省化水平高于B）三、与运动相关的能量代谢检测与评价精确的方法精确的方法ATP-CP供能系供能系统统运动前后运动前后ATP、CP含量含量的变化的变化糖酵解供能系统糖酵解供能系统 运动前后丙酮酸或乳酸含量运动前后丙酮酸或乳酸含量的变化的变化有氧有氧功能系统功能系统运动前后线粒体运动前后线粒体ATP合成速率及量合成速率及量的变的变化化显然这些方法的应用性受到限制。显然这些方法的应用性受到限制。目前常用方法目前常用方法ATP-

16、CP供能系供能系统统特定运动阻力下要求受试者进行最大运动，通过单位时间内完成的总功与血乳酸增值的比值糖酵解供能系统糖酵解供能系统Wingate实验有氧有氧功能系统功能系统在进行递增负荷运动测定其达到的摄氧量稳态。1.Powers SK,Howley ET.Exercise physiology:Theory and application to fitness and performance.4th ed,McGraw-Hill,New York,20002.许豪文.运动生物化学概论.北京:高等教育出版社,20013.Schneider,E.D.and Sagan,D.,Into the Co

17、ol:Energy Flow,Thermodynamics,and Life.(University Of Chicago Press,20054.Cox,M.and Nelson,D.L.,Lehninger Principles of Biochemistry.(Palgrave Macmillan,2004)5.Cerny FJ,Burton HW.Exercise physiology for health care professionals.1st ed.,Human kinetics,Champaign,2001推荐文献推荐文献1ATP的稳态及其生成途径。的稳态及其生成途径。2能量代谢的测定及其影响因素。能量代谢的测定及其影响因素。3能量代谢对急性运动的反应。能量代谢对急性运动的反应。4急性运动中能量代谢的整合。急性运动中能量代谢的整合。5能量代谢对慢性运动的适应。能量代谢对慢性运动的适应。本章思考本章思考