1、第二章 能量代謝第二章 能量代謝本章內(nèi)容 第一節(jié) 人體能量的供給 第二節(jié) 人體能量代謝的測定 第三節(jié) 運(yùn)動狀態(tài)下的能量代謝本章內(nèi)容 第一節(jié) 人體能量的供給 本章主要對生命活動的能量來源和去路、基本能量代謝途徑、運(yùn)動狀態(tài)下的能量代謝特點(diǎn)等進(jìn)行介紹。本章提要能量代謝、ATP穩(wěn)態(tài)、磷酸原系統(tǒng)、糖酵解系統(tǒng)、有氧氧化系統(tǒng)、熱價(jià)、氧熱價(jià)、呼吸商、基礎(chǔ)代謝率重點(diǎn)術(shù)語本章主要對生命活動的能量來源和去路、基本能量代謝途徑、運(yùn)動狀一、ATP與ATP穩(wěn)態(tài)二、ATP的生成過程三、不同途徑合成ATP的總量及效率第一節(jié) 人體能量的供給一、ATP與ATP穩(wěn)態(tài)二、ATP的生成過程三、不同途徑合成A一、ATP與ATP穩(wěn)態(tài)機(jī)體中

2、所貯存的ATP是及其有限的化學(xué)能 新的ATPATP既是能量的受體又是能量的供體。（不能被機(jī)體直接利用）*ATP是能量代謝的重要媒介一、ATP與ATP穩(wěn)態(tài)機(jī)體中所貯存的ATP是及其有限的化學(xué)能1molATP 712kcal*ATP的分解釋能1molATP 712kcal*AT運(yùn)動生理學(xué)課件第二章能量代謝ATP的生成具有充足的合成底物水解產(chǎn)物是ATP再合成的效應(yīng)劑ATP再合成途徑很多細(xì)胞、組織乃至器官、系統(tǒng)在能量轉(zhuǎn)換過程中維持其ATP恒定含量的現(xiàn)象。概念相關(guān)因素*ATP穩(wěn)態(tài)ATP的生成具有充足的合成底物細(xì)胞、組織乃至器官、系統(tǒng)在能量二、ATP的生成過程如何才能不斷地供給肌肉活動的需要ATP是絕大多

3、數(shù)生理活動的直接能源，但其貯備量有限。ATP邊分解、邊合成能量來自三條途徑二、ATP的生成過程如何才能不斷地供給肌肉活動的需要ATP是概念由于ATP和CP均含高能磷酸原，因此將這種能量瞬時(shí)供應(yīng)系統(tǒng)稱為磷酸原系統(tǒng)或ATP-CP系統(tǒng)。最大供能能力：420Jkg-1體重最大輸出功率：56Jkgs-1支持時(shí)間： 7.5s。磷酸原系統(tǒng)肌肉收縮-ATP、CP分解放能-高能化學(xué)鍵瞬時(shí)轉(zhuǎn)移給ADP-短時(shí)、少量ATPcpk概念由于ATP和CP均含高能磷酸原，因此將這種能量瞬時(shí)供應(yīng)系引自：Brooks GA, Fahey TD, White TG. Exercise physiology: human bioen

4、ergetics and its applications.4th edition, New York: McGraw-Hill, 2004。（假設(shè)體重70kg的男性約含30kg骨骼肌質(zhì)量）引自：Brooks GA, Fahey TD, White 概念糖原或葡萄糖在無氧分解過程中再合成ATP的供能系統(tǒng)。供能時(shí)要生成乳酸，所以亦稱之乳酸能系統(tǒng)。最大供能能力：962Jkg-1體重最大輸出功率為：29.3Jkgs-1支持時(shí)間： 33s。糖酵解系統(tǒng)供能的特點(diǎn)：供能總量較磷酸原系統(tǒng)多，輸出功率次之，不需要氧，產(chǎn)生可導(dǎo)致運(yùn)動疲勞的物質(zhì)乳酸。概念糖原或葡萄糖在無氧分解過程中再合成ATP的供能系統(tǒng)。供能運(yùn)動

5、生理學(xué)課件第二章能量代謝盡管糖酵解生成的ATP量相對較少，但是它對運(yùn)動過程中保持ATP穩(wěn)態(tài)具有非常重要的意義。劇烈運(yùn)動磷酸原供能系統(tǒng)提供的能量消耗殆盡有氧系統(tǒng)的過程尚未啟動機(jī)體缺氧或氧利用障礙盡管糖酵解生成的ATP量相對較少，但是它對運(yùn)動過程中保持AT糖酵解系統(tǒng)磷酸原系統(tǒng)無氧供能系統(tǒng)糖酵解系統(tǒng)磷酸原系統(tǒng)無氧供能系統(tǒng)概念糖、脂肪和蛋白質(zhì)在氧供充足的情況下，徹底氧化成H2O和CO2的過程中，再合成ATP的供能系統(tǒng)。最大輸出功率為：15Jkgs-1支持時(shí)間： 最長有氧氧化系統(tǒng)ATP生成總量很大,但速率很慢,需要氧的參與,不產(chǎn)生乳酸類的副產(chǎn)品,該系統(tǒng)是進(jìn)行長時(shí)間耐力活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。概念糖、脂肪和蛋白質(zhì)

6、在氧供充足的情況下，徹底氧化成H2O和C圖2-2 葡萄糖有氧氧化概述圖2-2 葡萄糖有氧氧化概述運(yùn)動生理學(xué)課件第二章能量代謝對于能量代謝而言，三羧酸循環(huán)本身并非ATP合成的主要地點(diǎn)，其主要作用在于為氧化磷酸化提供還原當(dāng)量。1分子糖 38或36分子ATP（糖酵解ATP生成量的1819倍。）對于能量代謝而言，三羧酸循環(huán)本身并非ATP合成的主要地點(diǎn)，其三、不同途徑合成ATP的總量及效率表2-2 ATP再合成的各種代謝途徑效率的比較三、不同途徑合成ATP的總量及效率表2-2 ATP再合成的運(yùn)動時(shí)間與最大輸出功率及能源系統(tǒng)運(yùn)動時(shí)間與最大輸出功率及能源系統(tǒng)磷酸原系統(tǒng)ATP供應(yīng)總量最低，但能提供最大的ATP

7、合成效率；有氧氧化系統(tǒng)雖然提供的ATP總量最多，但ATP合成效率最低；糖酵解系統(tǒng)的能量供應(yīng)總量和供能效率則介于前二者之間.磷酸原系統(tǒng)ATP供應(yīng)總量最低，但能提供最大的ATP合成效率；一、能量代謝測定原理與方法二、影響能量代謝的因素三、基礎(chǔ)代謝第二節(jié) 人體能量代謝的測定一、能量代謝測定原理與方法二、影響能量代謝的因素三、基礎(chǔ)代謝熱能電能滲透能化學(xué)能機(jī)械能自由能（肌肉收縮）（合成代謝）（吸收、分泌）（維持體溫）（神經(jīng)傳導(dǎo)、生物電）熱能電能滲透能化學(xué)能機(jī)械能自由能（肌肉收縮）（合成代謝）（吸一、能量代謝測定原理與方法原理：營養(yǎng)物質(zhì)氧化所釋放的能量=熱能+機(jī)械功靜息狀態(tài)：釋放的能量=轉(zhuǎn)化成的熱能（機(jī)體

8、的能量代謝=單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量）運(yùn)動或勞動：釋放的能量=熱能+機(jī)械功一、能量代謝測定原理與方法原理：營養(yǎng)物質(zhì)氧化所釋放的能量=熱測試方法直接法不適應(yīng)測定人體更不適應(yīng)于測定人體在運(yùn)動時(shí)的能量代謝。間接法機(jī)體的耗氧量和CO2的排出量與釋放的熱量之間呈一定的比例關(guān)系（即定比定律）。測試方法直接法不適應(yīng)測定人體間接法機(jī)體的耗氧量和CO2的排出測定方法Step 1. 每種營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解時(shí)產(chǎn)生的能量有多少Step 2. 三種營養(yǎng)物質(zhì)各氧化了多少測定方法Step 1. 每種營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解時(shí)產(chǎn)生的能量有多概念明晰 食物的熱價(jià) :1食物在氧化（或在體外燃燒）時(shí)所釋放出來的熱量。 食物的氧熱價(jià)：某種食物氧化

9、時(shí),每消耗1L氧所產(chǎn)生的熱量。 呼吸商(Respiratory quotient, RQ)：指一定時(shí)間內(nèi)機(jī)體的CO2產(chǎn)生量與耗O2量的比值。概念明晰 食物的熱價(jià) :1食物在氧化（或在體外燃燒）時(shí)所熱價(jià)或卡價(jià)物理熱價(jià)食物在體外燃燒時(shí)釋放的熱量生物熱價(jià)食物在體內(nèi)完全氧化時(shí)所產(chǎn)生的熱量蛋白質(zhì)：生物熱價(jià)物理熱價(jià)(蛋白質(zhì)在體內(nèi)不能完全氧化分解，一部分以尿素的形式排出體外)熱價(jià)或卡價(jià)物理熱價(jià)食物在體外燃燒時(shí)釋放的熱量生物熱價(jià)食物在體三種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時(shí)的能量代謝相關(guān)指標(biāo)三種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時(shí)的能量代謝相關(guān)指標(biāo)一般情況下，混合膳食的呼吸商約在0.85左右。混合膳食分解氧化，呼吸商常變動于0.711.00之間，具體

10、值取決于機(jī)體內(nèi)三種營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的比例。實(shí)際情況并非完全如此簡單由此可知一般情況下，混合膳食的呼吸商約在0.85左右?；旌仙攀撤纸庋鯃D2-3 Benedict通過自行車功量計(jì)收集受試者呼出氣示意圖實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程已知大氣的O2、CO2百分含量收集分析受試者呼出氣中的CO2和O2組成大體折算出單位時(shí)間內(nèi)CO2生成量和耗氧量推算出能量代謝率已知大氣的O2、CO2百分含量收集分析受試者呼出氣中的CO2二、影響能量代謝的因素肌肉活動環(huán)境溫度食物的特殊動力效應(yīng)精神和情緒活動其他因素最為顯著（正比關(guān)系）混合食物可使產(chǎn)熱量增加10%左右緊張狀態(tài)下，能量代謝率可顯著增加。種族、年齡、性別、身體成分等安靜時(shí)的

11、能量代謝在20-30的環(huán)境中最為穩(wěn)定 二、影響能量代謝的因素肌肉活動環(huán)境溫度食物的特殊動力效應(yīng)精神（幾種活動的能耗量比較）（幾種活動的能耗量比較）三、基礎(chǔ)代謝三、基礎(chǔ)代謝概念明晰基礎(chǔ)代謝是指人體在清晨極端安靜狀態(tài)下，不受精神緊張、肌肉活動、食物和環(huán)境溫度等因素影響時(shí)的能量代謝。單位時(shí)間內(nèi)的基礎(chǔ)代謝，稱為基礎(chǔ)代謝率，通常以每小時(shí)每平方米體表面積的產(chǎn)熱量（kJ/m2h）來表示。基礎(chǔ)代謝與基礎(chǔ)代謝率概念明晰基礎(chǔ)代謝是指人體在清晨極端安靜狀態(tài)下，不受精神緊張、測定基礎(chǔ)代謝率的條件要求受試者排除精神緊張的影響；受試者體溫正常。 測定前避免劇烈活動，休息30分鐘左右。測定時(shí)平臥，全身肌肉放松，盡量排除肌肉

12、活動的影響；室溫保持在20-25，排除環(huán)境溫度的影響；清晨空腹，餐后12小時(shí)以上，前次進(jìn)餐為素食，且不宜過飽，以排除食物特殊動力作用的影響；測定基礎(chǔ)代謝率的條件要求受試者排除精神緊張的影響；受試者體溫中國人正常的基礎(chǔ)代謝率平均值（kJ/m2h）中國人正常的基礎(chǔ)代謝率平均值（kJ/m2h）運(yùn)動生理學(xué)課件第二章能量代謝基礎(chǔ)代謝率的簡易測定產(chǎn)熱量 = 20.20 耗氧量。中國人的體表面積（m2）可應(yīng)用下列公式推算：0.0061 身高（cm） 0.0128 體重（kg）0.1529BMR=產(chǎn)熱量/體表面積基礎(chǔ)代謝率的簡易測定產(chǎn)熱量 = 20.20 耗氧量。 體表面積測算圖將受試者的身高和體重兩點(diǎn)連成的

13、直線與體表面積尺度交點(diǎn)的數(shù)字，即為受試者的體表面積。 體表面積測算圖將受試者的身高和體重兩點(diǎn)連成的直線與體表面積一、能量代謝對急性運(yùn)動的反應(yīng)二、能量代謝對慢性運(yùn)動的適應(yīng)三、與運(yùn)動相關(guān)的能量代謝檢測與評價(jià)第三節(jié) 人體能量代謝的測定一、能量代謝對急性運(yùn)動的反應(yīng)二、能量代謝對慢性運(yùn)動的適應(yīng)三、運(yùn)動生理學(xué)課件第二章能量代謝急性運(yùn)動開始繼續(xù)維持強(qiáng)度糖酵解系統(tǒng)產(chǎn)生乳酸、維持運(yùn)動時(shí)間延長呼吸、循環(huán)系統(tǒng)不能滿足機(jī)體對氧的需求ATP、CP分解0102030405一、能量代謝對急性運(yùn)動的反應(yīng)06急性運(yùn)動時(shí)的無氧代謝急性運(yùn)動開始繼續(xù)維持強(qiáng)度糖酵解系統(tǒng)產(chǎn)生乳酸、維持運(yùn)動時(shí)間延長攝氧動力學(xué)曲線攝氧量運(yùn)動強(qiáng)度無氧閾強(qiáng)度持

14、續(xù)幾分鐘的慢成分最大攝氧量平臺出現(xiàn)極量強(qiáng)度運(yùn)動不出現(xiàn)平臺達(dá)到或不能達(dá)到最大攝氧量急性運(yùn)動時(shí)的有氧代謝攝氧動力學(xué)曲線攝氧量運(yùn)動強(qiáng)度無氧閾強(qiáng)度呈平臺分布維持于某一大強(qiáng)度運(yùn)動時(shí)的攝氧動力學(xué)曲線大強(qiáng)度運(yùn)動時(shí)的攝氧動力學(xué)曲線急性運(yùn)動中能量代謝的整合大強(qiáng)度運(yùn)動中各能量代謝系統(tǒng)對能量供應(yīng)的參與并非順序出現(xiàn)，而是相互整合、協(xié)調(diào)，共同滿足體力活動的基本器官肌肉對能量的需求。一般來講，依運(yùn)動模式、運(yùn)動持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度不同，三種供能系統(tǒng)都參與能量供應(yīng)，只不過各自在總體能量供應(yīng)中所占的比例不同。急性運(yùn)動中能量代謝的整合大強(qiáng)度運(yùn)動中各能量代謝系統(tǒng)對能量供應(yīng)不同持續(xù)時(shí)間最大運(yùn)動時(shí)有氧和無氧系統(tǒng)供能比例不同持續(xù)時(shí)間最大運(yùn)動時(shí)

15、有氧和無氧系統(tǒng)供能比例不同時(shí)間最大運(yùn)動過程中各能量供應(yīng)系統(tǒng)的代謝動力學(xué)變化不同時(shí)間最大運(yùn)動過程中各能量供應(yīng)系統(tǒng)的代謝動力學(xué)變化能量代謝對慢性運(yùn)動的適應(yīng)能量代謝對慢性運(yùn)動的適應(yīng)誤區(qū)提示：認(rèn)為有氧代謝系統(tǒng)對運(yùn)動能量需求的反應(yīng)相對較慢，因而在短時(shí)大強(qiáng)度運(yùn)動時(shí)并不扮演重要角色。新近的研究證實(shí)，即使持續(xù)6s的極量強(qiáng)度運(yùn)動，有氧氧化系統(tǒng)也都參與供能。有氧代謝在運(yùn)動開始已參與能量供應(yīng)。誤區(qū)提示：認(rèn)為有氧代謝系統(tǒng)對運(yùn)動能量需求的反應(yīng)相對較慢，因而慢性運(yùn)動上調(diào)其主要能量代謝供能系統(tǒng)的酶活性提高機(jī)體的運(yùn)動節(jié)省化程度二、能量代謝對慢性運(yùn)動的適應(yīng)骨骼肌能量代謝系統(tǒng)改善、運(yùn)動單位募集類型改變、同等強(qiáng)度運(yùn)動中通氣量和心率

16、降低以及運(yùn)動技能提高急性運(yùn)動對神經(jīng)、激素的調(diào)節(jié)更加敏感；促進(jìn)疲勞的消除。慢性運(yùn)動上調(diào)其主要能量代謝供能系統(tǒng)的酶活性提高機(jī)體的運(yùn)動節(jié)省不同運(yùn)動速度兩名世界優(yōu)秀10km跑運(yùn)動員的攝氧量變化（其中運(yùn)動員A的運(yùn)動節(jié)省化水平高于B） 不同運(yùn)動速度兩名世界優(yōu)秀10km跑運(yùn)動員的攝氧量變化三、與運(yùn)動相關(guān)的能量代謝檢測與評價(jià)精確的方法ATP-CP供能系統(tǒng)運(yùn)動前后ATP、CP含量的變化糖酵解供能系統(tǒng)運(yùn)動前后丙酮酸或乳酸含量的變化有氧功能系統(tǒng)運(yùn)動前后線粒體ATP合成速率及量的變化顯然這些方法的應(yīng)用性受到限制。三、與運(yùn)動相關(guān)的能量代謝檢測與評價(jià)精確的方法ATP-CP供能目前常用方法ATP-CP供能系統(tǒng)特定運(yùn)動阻力下

17、要求受試者進(jìn)行最大運(yùn)動，通過單位時(shí)間內(nèi)完成的總功與血乳酸增值的比值糖酵解供能系統(tǒng)Wingate實(shí)驗(yàn)有氧功能系統(tǒng)在進(jìn)行遞增負(fù)荷運(yùn)動測定其達(dá)到的攝氧量穩(wěn)態(tài)。目前常用方法ATP-CP供能系統(tǒng)特定運(yùn)動阻力下要求受試者進(jìn)行Powers SK, Howley ET. Exercise physiology: Theory and application to fitness and performance. 4th ed, McGraw-Hill, New York, 2000許豪文.運(yùn)動生物化學(xué)概論.北京:高等教育出版社,2001Schneider, E. D.andSagan, D.,Into the Cool: Energy Flow, Thermodynamics, and Life.(University Of Chicago Press, 2005Cox, M. and Nelson, D. L., Lehninger Principles of Bio