运动的能量代谢.ppt

第一章 运动的能量代谢,新陈代谢,物质代谢 能量代谢 分解代谢 合成代谢,人体生理学,能量代谢,在生物体内物质代谢的过程中，伴随着能量的储存、释放、利用和转移的过程。,人体生理学,第一节 生物能量学概要,人体生理学,一、叶绿体和线粒体是高等生物细胞主要的能量转换器 生物体不能直接利用光能，需要其细胞通过叶绿体和线粒体装置，将太阳能转换成自身可被利用的化学能。超过50%以热能形式散发体外。,人体生理学,线粒体呼吸链,线粒体基质是呼吸底物氧化的场所，底物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上，经过一系列氢载体和电子载体的传递，最后传递给O2生成H2O。这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链（eclctron transfer chain),因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。,人体生理学,线粒体呼吸链,人体生理学,氧化磷酸化,代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成ATP（即ADP+PiATP）,这种氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。,类别： 底物水平磷酸化 电子传递水平磷酸化,人体生理学,二. ATP与ATP稳态,ATP（三磷酸腺苷）是一种含有高能磷酸键的化合物，从机体能量代谢的过程看，ATP的合成与分解是体内能量转化和利用的关键环节。,人体生理学,能量转化,人体生理学,ATP的结构,人体生理学,人体生理学,ATP是肌肉活动唯一的一种直接能量来源 ATP酶 ATP ADPPi能,人体生理学,肌肉活动时，贮存在肌纤维中的ATP分解放出能量，使肌纤维缩短，以完成机械功。 肌肉中ATP的贮量甚少，仅为5mmolkg-1湿肌左右 ，必需边分解边再合成，才能不断地供应肌肉的需要。,ATP的分解放能,人体生理学,人体生理学,肌小节,人体生理学,人体生理学,人体生理学,横桥的运动引起肌丝的滑行-肌肉收缩,人体生理学,肌球蛋白 ATP 分解放能,人体生理学,ATP是肌肉活动唯一的一种直接能量来源 ATP酶 ATP ADPPi能,ATP的再合成-吸能,人体生理学,一是磷酸肌酸（CP）的分解放能 二是糖原酵解供能 三是糖和脂肪的氧化生能,ATP的生成过程,人体生理学,三.生命活动的能量来源 -糖、脂肪、蛋白质,人体生理学,（一）糖类,糖的化学本质是多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。 糖广泛分布于所有生物体内。糖在生命活动中的主要作用是提供能源和碳源，人体所需能量的50%-70%来自于糖。 食物中的糖类主要是淀粉，淀粉被消化成其基本组成单位葡萄糖后，以主动方式被吸收入血。,人体生理学,机体内糖类的存在形式有两种： 以糖原形式贮存于组织细胞中，其中以肝脏和肌肉中含量最多，分别称为肝糖原和肌糖原。 以葡萄糖的形式存在于血液中，称血糖。,人体生理学,短时间剧烈运动，机体吸氧量不能满足运动的需要，所需能量主要依靠糖原的酵解提供。 长时间小强度运动中，肌糖原贮备充足，将更有利于延缓疲劳的发生。 肌糖原贮量是运动员无氧耐力和有氧耐力素质的物质基础。 经常从事体育锻炼，使体内糖原的贮备量增加，糖代谢的能力增强，运动能力提高。,糖原,人体生理学,正常人空腹时血糖浓度 80-120%mg，血糖相对稳定是血糖来源和去路维持动态平衡的结果。 短时间剧烈运动，血糖浓度升高，是机体由安静状态进入运动状态时，交感肾上腺系统兴奋增强的结果。 在长时间运动时，能量消耗很大，血糖浓度降低；肝脏中的糖原便转变为葡萄糖进入血液，供肌肉活动利用。,血糖,人体生理学,人体生理学,（二）脂肪,脂肪又称甘油三脂或三脂酰甘油 由1分子甘油和3分子脂肪酸组成 动物脂肪称脂，植物脂肪称油 含不饱和脂肪酸多的食物价值高,人体生理学,三脂酰甘油的分解代谢,人体生理学,脂肪酸氧化的特点： 1、氧化部位：细胞液与线粒体 2、氧化过程：脂肪酸的活化、脂酰基的转移、 -氧化； 3、两个限速酶：脂酰CoA合成酶、 肉碱脂酰转移酶I 4、一次 -氧化经历四步：脱氢、加水、 再脱氢、硫解； 5、 -氧化的部位：线粒体 6、能量计算,人体生理学,脂类的存在形式,脂肪： 1、分布在脂肪组织，主要包括皮下结缔组织、大网膜、肠系膜、内脏周围等处。 2、又称为脂库，贮存脂，可变脂。 类脂： 1、分布在生物体的所有细胞中。 2、又称为组织脂，不可变脂。,人体生理学,脂类的生理功能,1、贮能与供能 2、提供必需的氨基酸（亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸） 3、保护机体组织 （1）固定内脏 （2）保护内脏（3）保温 4、构成生物膜 5、其他,人体生理学,不同强度运动中糖和脂肪供能的百分比,人体生理学,超长运动中糖代谢向脂肪代谢的转化,人体生理学,（三）蛋白质的分子组成,1、元素组成 2、组成蛋白质的基本单位氨基酸,人体生理学,蛋白质的分子组成,蛋白质的元素组成 蛋白质是一类含氮有机化合物，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。某些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、碘、碘、锌和铜等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为：,返回,人体生理学,氨基酸 是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准氨基酸（20 standard amino acids)组成。形成复杂的氨基酸长链，中间靠肽键连接，形成多肽或蛋白质。,返回,蛋白质的基本组成单位氨基酸,人体生理学,氨 基 酸 库,蛋白质代谢概况,氨基酸的去向有： (1)合成蛋白质 (2)合成含氮的功能性物质 (3)分解代谢,体内氨基酸的来源有： (1)内源性氨基酸 (2)外源性氨基酸,蛋白质的代谢体现于体内氨基酸库的动态变化。,氨基酸的分解代谢主要途径是经脱氨基作用生成氨和-酮酸。,人体生理学,运动与蛋白质代谢,在正常的情况下机体的蛋白质摄入量与排出量处于动态平衡。短时间激烈运动时蛋白质基本不参与供能；长时间耐力运动时，能量需求的失去平衡，为了补充骨骼肌和大脑正常活动对糖的需求，蛋白质和氨基酸分解代谢增强，氨基酸的糖异生作用加强。长期接受力量性运动训练可以明显促进蛋白质合成代谢，引起运动肌壮大。,人体生理学,四、ATP的生成过程,人体生理学,ATP的生成过程,一是磷酸肌酸（CP）的分解放能 二是糖原酵解供能 三是糖和脂肪的氧化生能,人体生理学,（一）磷酸原供能系统,磷酸肌酸（简称CP）是贮存在细胞中的另一种高能磷酸化合物，其分解时能放出大量的能量。,人体生理学,人体生理学,当肌肉收缩时，随着ATP的迅速分解，CP即迅速分解放能，使ADP和Pi合成ATP。lmolCP分解时，可合成lmolATP。这一反应受磷酸肌酸激酶（CPK）催化。 其反应如下： CPK CPADP ATP+C,磷酸肌酸的分解过程,人体生理学,CP全部分解，只能维持数秒钟的剧烈运动。 必须有其他供应ATP再合成的能量途径，才能使运动持续下去。 CP在供应ATP再合成中重要意义，不在其含量，而在于其快速可动用性。,运动中磷酸肌酸的供能特点,人体生理学,2.糖的分解供能 -糖酵解供能系统,人体生理学,糖的无氧酵解,葡萄糖和糖原在不需要氧的情况下分解生成乳酸，并释放能量过程，称为糖的无氧酵解。其反应在胞浆中进行。,人体生理学,糖原,丙酮酸,ADP+,ATP,肌肉收缩,肌肉舒张,乳酸,血液,糖无氧酵解,肌细胞,糖酵解与乳酸生成,人体生理学,糖的无氧酵解,糖无氧酵解时，1mol葡萄糖产生2moIATP。 在氧供应充足时，大部分乳酸又可以进一步氧化供能。 人体在从事一定持续时间的剧烈运动时，肌肉活动所需要的ATP的再合成便依赖于糖无氧酵解供能过程。,人体生理学,糖酵解在运动中的应用,当运动的持续时间在10s以上且强度很大时，其所需的能量己远超出磷酸原系统所能供应的水平。 由于此时机体的供氧量已远远满足不了氧的需求量，运动中所需ATP再合成的能量主要依靠糖酵解来提供。,人体生理学,乳酸循环,肌肉,糖原,葡萄糖,乳酸,血液,葡萄糖,乳酸,肝脏,葡萄糖,糖原,异生作用,乳酸,人体生理学,3.糖和脂肪的有氧氧化,当运动中氧的供应能满足氧的需要时，运动所需的ATP主要由糖、脂肪的有氧氧化来提供。 有氧氧化能提供大量的能量，从而能维持较长的工作时间。,人体生理学,（2）糖的有氧代谢,在氧供应充足的情况下，糖、脂肪和蛋白质氧化分解成H2O和CO2以及尿素等并释放能量的过程，称有氧代谢过程。 糖通过有氧代谢释放的大量能量可再合成ATP，为肌肉运动持续供能，构成人体运动时的有氧供能系统。,人体生理学,反应过程简式如下： 葡萄糖 糖原 丙酮酸 乙酰辅酶A 三羧酸循+O2 CO2+H2O+ATP 糖有氧氧化时，1mol葡萄糖生成38moIATP。,糖的有氧氧化反应过程简式,人体生理学,人体生理学,三羧酸循环,乙酰辅酶A进入三羧酸循环彻底氧化为CO2和H2O，同时释放能量合成ATP。,CO2,2,TCA,人体生理学,糖有氧代谢的生理意义,产生能量多，机体利用糖的主要途径 三大能源物质代谢的中心环节,人体生理学,3.糖的储备与运动能力,糖能在任何运动状态下参与ATP合成。运动时机体所需的大部分能量来自内源性糖，健康人体内源性糖储备总量只有2000千卡，且大多数运动员饮食糖的摄入量往往只达总能量40-45%，所以，在进行大强度运动训练时应设法使糖的储备达到最大。,（一）糖原填充法,（二）运动前补糖,（三）运动中补糖,（四）运动后补糖,人体生理学,人体生理学,（1）糖原填充法,糖原填充法是一种比较常用的补糖方法，它结合运动和饮食二方面进行调整，用这种方法可将糖原含量提高到正常水平的2-3倍。,人体生理学,（2）运动前补糖,对于长时间的运动项目，运动前补糖是一种有效的强力手段。运动前补糖的时间不同，对机体内糖储备量和运动能力的影响各不相同，运动前补糖的利与弊应根据具体情况和运动员的个体差异加以判断。,人体生理学,（3）运动中补糖,运动中补糖有利于能量平衡和氮平衡。,对于短时间、大强度间歇运动时补糖与持续中等强度和长时间耐力运动中摄入糖一样有效。,运动中每隔20分钟补充含糖饮料或容易吸收的含食物，补糖量一般推荐20-60g/h，多达40-102g/h，或1-2g/Kg体重，不低于21.5g/h。,运动中摄入果糖或等量混合果糖和葡萄糖或低聚糖的效果要比单独葡萄糖好。,人体生理学,（4）运动后补糖,运动后即刻补糖的效果优于运动后稍后时间，原因在于运动后及早补糖能尽快提供肌糖原合成的原料。,运动后最好补充葡萄糖-果糖及低聚糖，这样可使胃的排空速率增加，小肠吸收速度加快，利于合成肌糖原。,另外，摄入固体或液体形式的糖对肌糖原再合成是等效的。,人体生理学,（三）脂肪代谢,脂肪又称甘油三脂或三脂酰甘油 由1分子甘油和3分子脂肪酸组成 动物脂肪称脂，植物脂肪称油 含不饱和脂肪酸多的食物价值高,人体生理学,三脂酰甘油的分解代谢,人体生理学,甘油代谢,脂解过程中释放的甘油，只在肾、肝等少数组织内氧化利用，而骨骼肌中的甘油释入血液循环到肝脏进行糖异生作用生成葡萄糖。,甘油代谢的基本过程 运动时甘油代谢的意义,人体生理学,甘油代谢的基本过程,甘油分解代谢途径,脂肪分解释放出的甘油，只能在肾、肝等少数组织被氧化利用，如下图所示生成的磷酸二羟丙酮后，进入糖代谢途径。,甘油,a-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,糖原,CO2+H2O,乳酸,ATP,ADP,NAD+,NADH+H+,a-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,磷酸二羟丙酮,磷酸二羟丙酮,人体生理学,运动时甘油代谢的意义,作为糖异生的底物生成葡萄糖，每2分子甘油经糖异生可合成1分子葡萄糖。补充血糖水平，保证运动耐力的正常发挥。 甘油可作为脂肪分解的强度指标。,人体生理学,脂肪酸氧化的基本过程,脂肪酸是长时间运动的基本燃料。在线粒体内一系列酶的催化下，脂肪酸逐步裂解出二碳单位-乙酰辅酶A，在经三羧酸循环和呼吸链氧化。,脂肪酸的活化 脂肪酰辅酶A进入线粒体 脂肪酰辅酶A的氧化 三羧酸循环,人体生理学,3.运动中脂肪代谢与糖代谢比较有以下特点,1.动员慢 2.耗氧量大 3.能效率低,人体生理学,4.运动对脂肪代谢的影响,（1）提高脂肪酸的氧化能力 （2）改善血脂异常 （3）减少体脂积累,人体生理学,运动肌内甘油三酯的利用,运动中肌内甘油三酯利用确切数量仍不清楚，主要原因是很难区分所利用的脂肪酸来源是肌内还是肌外。但可以肯定的是运动时肌内脂肪在运动初期首先动用，其利用量与运动强度和持续时间有关。运动时间愈长引起肌内脂肪含量下降愈明显。可见，在长时间运动的能量供应中，肌内储存脂肪起着相当重要的作用。,另外，运动时肌内脂肪的利用也与肌纤维类型有关，在有氧代谢能力强的慢肌纤维中甘油三酯的消耗量最为明显。,人体生理学,长时间运动中狗脂肪组织血流量、甘油、脂肪动员的变化,运动开始后脂解强度迅速提高，在运动中速率进一步加快，这表明，运动中脂肪组织内脂解过程几乎处于持续稳定的激活状态。,运动时脂肪组织脂肪水解状况,血流量 （ml/100g.Min）,游离脂肪酸 (ummol/100g.Min),甘油 （ummol/100g.Min）,人体生理学,淀粉、糖原 葡萄糖 蛋 白 质 氨基酸,三脂酰甘油 甘油脂肪酸 乙酰CoA,TCA循环,CoASH,2H,ADPPi,ATP,1/2O2,H2O,CO2,第一阶段,第二阶段,第三阶段,三大物质氧化分解的三阶段,人体生理学,不同强度运动中糖和脂肪供能的百分比,人体生理学,超长运动中糖代谢向脂肪代谢的转化,人体生理学,运动强度与骨骼肌能量来源,人体生理学,运动持续时间与肌肉能量来源,人体生理学,脂肪与运动能力,人体安静时，肌肉所需能量的85%来自于动脉血中的自由脂肪酸的氧化。 轻度运动时，肌肉摄取自由脂肪酸与氧化能力增强，脂肪成为主要能量来源。 运动训练，特别是耐力训练，可引起机体脂肪代谢产生适应性变化。,人体生理学,人体内三种能量系统的特征,（一）磷酸原系统 （二）乳酸能系统 （三）有氧氧化系统,人体生理学,三种能量系统的一般特点,人体生理学,（一）磷酸原系统,定义：磷酸原系统指由ATP和CP两种高能磷酸化合物构成的无氧供能系统，又称为ATP-CP系统。,人体生理学,磷酸原系统的特点：,最大供能速率或能量输出功率为 56Jkg-1s-1。 供能持续时间为7.5s左右。 供能的特点是，供能总量少，持续时间短，功率输出最快。 不需要O2，不产生乳酸等物质。,人体生理学,磷酸原系统是一切高功率输出运动项目的物质基础。 数秒钟内要发挥最大能量输出，只能依靠ATPCP系统供能，如短跑、投掷、跳跃、举重等运动项目。,磷酸原系统的应用：,人体生理学,（二）乳酸能系统,定义：乳酸能系统也称无氧糖酵解系统，是指糖原或葡萄糖在细胞浆内无氧分解生成乳酸的过程中，再合成ATP的能量系统。,人体生理学,乳酸能系统供能特点：,最大输出 功率为29.3Jkg-1s-1。 供能持续时间为33s左右。 供能总量较磷酸原系统多，输出功率次之。 不需要氧，产生导致疲劳的物质乳酸。,人体生理学,乳酸能系统供能应用：,乳酸能系统供能的意义在于保证磷酸原系统最大供能后仍能维持数十秒快速供能，以满足机体的需要。 糖酵解供能是速度耐力素质的基础。1-3min内以最大速度完成的运动项目，多需要糖酵解供能。,人体生理学,（三）有氧氧化系统,定义：有氧氧化系统是指糖、脂肪和蛋白质在细胞内（主要是线粒体内）彻底氧化成H2O和CO2的过程中，再合成ATP的能量系统。,人体生理学,有氧氧化系统供能特点：,输出功率较低，约为15Jkg-1s-1。属于慢速供能系统，因此在短时间大强度的运动中，这一系统的供能比例不高。 由于糖和脂肪不易耗尽，从理论上讲，当氧供充足时，这一供能系统的容量是无限大的。,人体生理学,有氧氧化系统供能应用：,有氧氧化系统供能不仅生成的ATP数量多，而且不产生乳酸，因此它是进行长时间耐力运动的重要供能系统。,人体生理学,（一 ）食物的消化和吸收,人体生理学,1、消化 （1）消化的概念：,消化是食物在消化管中被分解的过程。包括： 机械性消化； 化学性消化,人体生理学,（2）消化过程： 食物在口腔内经咀嚼并与唾液充分混合形成食团，吞咽后通过食道进入胃。 胃壁运动与胃液混合继续进行机械性消化和化学性消化。 小肠内消化是整个消化过程中最重要的阶段。 大肠内消化。,人体生理学,胃内消化,胃内消化液是胃液，它是无色酸性液体，pH值为0.9-1.5。 胃液中完成化学性消化的主要成分是盐酸和胃蛋白酶。 胃的机械性消化主要是由胃蠕动完成的。,人体生理学,胃排空,食物由胃进入小肠的过程称胃排空。 胃排空速度依食物的物理性质和化学成分的不同而异。 通常稀的、流体食物、颗粒小的食物排空快。 三类主要食物中，糖类排空最快，蛋白质其次，脂肪类最慢，混合性质的食物由胃完全排空约需4-6h。,人体生理学,胃运动,人体生理学,胃排空影响因素,（1）胃排空促进因素 胃内物扩张胃壁内神经丛反射和迷走迷走反射胃运动加强 食物扩张刺激和化学成分胃泌素释放胃运动加强 （2）十二指肠内抑制排空因素 肠胃反射：十二指肠内食物酸、脂肪、渗透压、机械感受器反射性抑制胃运动排空减慢,人体生理学,小肠内消化,小肠内消化是整个消化过程中最重要的阶段。 化学性消化： 主要消化液：胰液、胆汁、消化液 小肠内消化在消化酶作用下在上皮细胞内进行。,人体生理学,小肠机械性消化指小肠紧张性收缩加速内容物的混合及转运。 1.小肠机械性收缩： 2.小肠分节运动促使食糜与消化液充分混合，并挤压肠壁有助于血液及淋巴液回流； 3.小肠蠕动能将内容物向下推送。,小肠机械性消化,人体生理学,小肠机械性消化与分节运动,人体生理学,小肠的主要消化液是胰液、胆汁和小肠液。 小肠腔内的消化液含有多种消化酶，可以使糖、脂肪和蛋白质彻底分解为人体可以吸收的葡萄糖、甘油、脂肪酸及氨基酸等。,小肠化学性消化,人体生理学,小肠液的分泌,皱褶,粘膜,粘膜下层,平滑肌,纵肌,绒毛膜,腺体,茸毛,肠系膜,人体生理学,2.吸收,（1）概念：消化管内的吸收是指食物中的某些成分或消化后的产物通过上皮细胞进入血液或淋巴的过程。,人体生理学,营养物质的消化过程,人体生理学,（2）吸收的部位,食物在口腔和食管基本上不被吸收； 胃可吸收酒精和少量水分； 大肠主要吸收盐类和剩余水分； 小肠具备吸收大多数营养物质的条件；营养物质吸收的主要部位是小肠。,人体生理学,（二）主要营养物质的吸收,1.糖类消化后的吸收-单糖 2.蛋白质消化后的吸收- 氨基酸 3.脂肪消化后的吸收-脂肪酸、甘油一酯及胆固醇等 4.水分及无机盐的吸收,小肠内消化,人体生理学,营养物质的吸收的主要部位在小肠： 1.小肠内具有巨大的吸收面积和相适应的结构。 2.食物在小肠内移动的慢且停留的时间长。 3.食物在小肠内基本完成了最终的消化过程。,人体生理学,七、机体能量的利用,人体生理学,八、基础代谢,基础代谢率是指人在基础状态下单位时间的能量代谢。 所谓基础状态指人体在清醒、静卧、空腹及室温18C 25C状态下。 基础代谢率用每小时、每平方米体表面积产热量来表示。,人体生理学,基础代谢率的影响因素： 男子的基础代谢率比女子高 儿童比成人高 壮年比老年高 运动员的基础代谢率与常人相似,人体生理学,能量代谢的直接测定方法,人体生理学,第二节：运动状态下的能量代谢,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 三、不同体力活动项目的能量代谢特点 四、与运动相关的能量代谢检测与评价,人体生理学,急性反应,在体育锻炼或训练中，人们把在一次练习或一次体育课或训练课中所出现的暂时性功能变化称为急性反应（Acute Response）。 运动时心率加快、呼吸加速 、皮肤和机体深部体温增加等 ，在运动停止一段时间后这种急性反应消失。,人体生理学,慢性适应,由长时间地（几周、几月或多年）反复多次进行同样的练习所引起的持久性功能和形态的变化，称为慢性适应（Chronic Adaption） 。 通过长期的耐力训练，使心脏产生了一系列适应性变化，静息心率下降、心室腔容积增加等，从而在运动时泵出更多的血液，以运输更多的氧供机体利用。,人体生理学,在体育锻炼或训练中，机体除了通过急性反应途径以维持稳态外，更重要的是通过慢性适应机制有目的提高相应器官、系统的功能能力，从而提高其保持稳态的能力和耐受更大范围的稳态变化的能力。,