运动生理学课件第二章能量代谢

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不同持续时间最大运动时有氧和无氧系统供能比例
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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
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能量代谢对慢性运动的适应
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误区提示：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。
一般情况下，混合膳食的呼吸商 约在0.85左右。
实际情况并非完 全如此简单
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实验过程
图2-3 Benedict通过自行车功量计收集受试者呼出气示意图
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收集分析受试 者呼出气中的 CO2和O2组成
已知大气的O2、 CO2百分含量
推算出能 量代谢率
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第一节 人体能量的供给
一、 ATP与ATP稳态 二、 ATP的生成过程 三、 不同途径合成ATP的总量及效率
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一、ATP与ATP稳态
*ATP是能量代谢的重要媒介
ATP既是能量的受体又 是能量的供体。
机体中所贮存的ATP 是及其有限的
化学能 新的ATP （不能被机体直接利用）
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；
要求受试者排除精神紧张的影响；
受试者体温正常。
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中国人正常的基础代谢率平均值（kJ/m2·h）
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基础代谢率的简易测定
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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
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运动时间与最大输出功率及能源系统
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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ATP合成效率最低；
② 食物的氧热价：某种食物氧化时,每消耗1L氧所 产生的热量。
③ 呼吸商(Respiratory quotient, RQ)：指一定时间内 机体的CO2产生量与耗O2量的比值。
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热价或卡价
物理热价 生物热价
食物在体外燃烧 时释放的热量
食物在体内完全 氧化时所产生的 热量
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本章思考
1．ATP的稳态及其生成途径。 2．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。 4．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。
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蛋白质：生物热价<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)
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三种营养物质氧化时的能量代谢相关指标
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由此可知
混合膳食分解氧化，呼吸商常变动 于0.71～1.00之间，具体值取决于 机体内三种营养物质氧化分解的比 例。
Thermodynamics, and Life. (University Of Chicago Press, 2005 4. 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
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*ATP的分解释能
1molATP
7～12kcal
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细胞、组织乃至器官、系统在能量转
换过程中维持其ATP恒定含量的现象。
*ATP稳态
概念 相关因素
ATP的生成具有充足的合成底物 水解产物是ATP再合成的效应剂 ATP再合成途径很多
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。
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二、能量代谢对慢性运动的适应
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
慢性 运动
急性运动对神经、激素的调节更 加敏感；促进疲劳的消除。
骨骼肌能量代谢系统改善、 运动单位募集类型改变、同 等强度运动中通气量和心率 降低以及运动技能提高
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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）
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三、与运动相关的能量代谢检测与评价
精确的方法 ATP-CP供能系统 运动前后ATP、CP含量的变化 糖酵解供能系统 运动前后丙酮酸或乳酸含量的变化 有氧功能系统 运动前后线粒体ATP合成速率及量的变化
大体折算出单位 时间内CO2生成 量和耗氧量
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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） 安静时的能量代谢在20-30℃的环 境中最为稳定 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。
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.
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第二节 人体能量代谢的测定
一、 能量代谢测定原理与方法
二、 影响能量代谢的因素
三、
基础代谢
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热能 （维持体温）
电能 （神经传导、生物电）
机械能
自由能
渗透能
（肌肉收缩）
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急性运动中能量代谢的整合
➢ 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。
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种族、年龄、性别、身体成分等
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（ 几 种 活 动 的 能 耗 量 比 较 ）
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三、基础代谢
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基础代谢与基础代谢率
基础代谢是指人 体在清晨极端安 静状态下，不受 精神紧张、肌肉 活动、食物和环 境温度等因素影 响时的能量代谢。
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急性运动时的有氧代谢
摄氧动力学曲线
摄氧量
运动强度<无氧阈强度 呈平台分布
维持于某一水平
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
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大强度运动时的摄氧动力学曲线
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（假设体重70kg的男性约含30kg骨骼肌质量）
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概念
糖酵解系统
供能的特点：供能总量较磷酸原 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 乳酸。
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磷酸原供能系统提 供的能量消耗殆尽
机体缺氧或氧 利用障碍
产热量 = 20.20 耗氧量。 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）－0.1529 BMR=产热量/体表面积
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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 积尺度交点的数字，即为受试者的体表面积。
（吸收、分泌） 化学能
（合成代谢）
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一、能量代谢测定原理与方法
原理：营养物质氧化所释放的能量=热能+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
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测试方法
直接法
不适应测定人体
更不适应于测定人体 在运动时的能量代谢。
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图2-2 葡萄糖有氧氧化概述
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对于能量代谢而言，三羧酸循 环本身并非ATP合成的主要地 点，其主要作用在于为氧化磷 酸化提供还原当量。
1分子糖
38或36分子ATP
（糖酵解ATP生成量的18～19倍。）
概念明晰
单位时间内的基 础代谢，称为基 础代谢率，通常 以每小时每平方 米体表面积的产 热量（kJ/m2﹒h） 来表示。
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测定基础代谢率的条件
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的影响；
室温保持在20-25℃，排除环境温度的影响；
剧烈 运动
有氧系统的过程 尚未启动
尽管糖酵解生成的ATP量相对较少，但是它对运动过 程中保持ATP稳态具有非常重要的意义。
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糖酵解 系统
磷酸原 系统
无氧供 能系统
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有氧氧化系统
概念
ATP生成总量很大,但速率很慢, 需要氧的参与,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。
推荐文献
1. Powers SK, Howley ET. Exercise physiology: Theory and application to fitness and performance. 4th ed, McGraw-Hill, New York, 2000
2. 许豪文.运动生物化学概论.北京:高等教育出版社,2001 3. Schneider, E. D. and Sagan, D., Into the Cool: Energy Flow,
显然这些方法的应用性受到限制。
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目前常用方法
特定运动阻力下要求受试者进行最大运动， ATP-CP供能系统 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 Wingate实验
在进行递增负荷运动测定其达到的摄氧量 有氧功能系统
稳态。
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引自：Brooks GA, Fahey TD, White TG. Exercise
physiology: human bioenergetics and its applications.4th edition, New York: McGraw-Hill, 2004。
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第三节 人体能量代谢的测定
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、 与运动相关的能量代谢检测与评价
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一、能量代谢对急性运动的反应
急性运动时的无氧代谢
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二、ATP的生成过程
ATP是绝大多数生理活动的 直接能源，但其贮备量有限。
如何才能不断地供给肌肉活动的需要
ATP边分解、边合成
能量来自三条途径
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概念
磷酸原系统
肌肉收缩---ATP、CP分解放能-c-p-k高能化学键瞬时转移给ADP----短 时、少量ATP
间接法
机体的耗氧量和CO2 的排出量与释放的热 量之间呈一定的比例 关系（即定比定律）。
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Step 1. 每种营养物质氧化
测 分解时产生的能量有多少
定
方
法
Step 2. 三种营养物质
各氧化了多少
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① 食物的热价 :1ｇ食物在氧化（或在体外燃烧）时 所释放出来的热量。
第二章 能量代谢
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本章内容
第一节 人体能量的供给 第二节 人体能量代谢的测定 第三节 运动状态下的能量代谢
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本章提要
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。
重点术语
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