肌肉活动的能量供应.ppt

第一章第一章 肌肉活动的能量供应肌肉活动的能量供应教学目标：教学目标：1 1、掌握肌肉活动时直接能量与间接能量、掌握肌肉活动时直接能量与间接能量来源及相互关系。来源及相互关系。2 2、学会分析不同性、学会分析不同性质运动中的代谢规律质运动中的代谢规律及应用。及应用。4 4、掌握三个供能系统各自的特征以及运动、掌握三个供能系统各自的特征以及运动强度、时间的对应关系。强度、时间的对应关系。3 3、掌握运动中能量代、掌握运动中能量代谢变化的特点和能量谢变化的特点和能量统一体概念。统一体概念。1、三个供能系统各自特征以及运动强度、时间的对应关系。2、不同性质运动中的能量代谢规律及应用。教学重点与难点：一、能量的直接来源ATP 生物体从单细胞的低等生物到多细胞的高等生物以及人体，其体内的一切生命活动的能量来源都直接来源于ATP。肌肉的收缩活动也是如此。三磷酸腺苷：ATP是一种存在于细胞内（胞浆和核浆内）、由自身合成并课迅速分解被直接利用的一种自由存在的化学能形式。由一个大分子的腺苷和三个磷酸根组成，故称三磷酸腺苷。第一节 肌肉活动的能量来源（一）（一）ATPATP的分解的分解放能放能ATPATP酶酶 ATP的分解放能，实际上是被酶断开末端高能磷酸键，水解呈ADP和P并释放出能量被人体直接利用的过程，以实现各种生理功能。即：ATP ADP+Pi+能 肌肉收缩就是利用肌细胞内ATP分解释放的能量供肌肉收缩克服阻力来做功，以实现化学能向机械能的转化。目前肯定的是，这种能量转化的部位就在肌球蛋白横桥于肌动蛋白的结合位点，至于这种能量转化的确切机理虽有研究，但还不十分清楚。ATP酶（二）ATP的再合成吸能 氧化磷酸化（三）ATP分解与再合成的关系二、能量的直接来源糖、脂肪、蛋白质 食物中的营养物质包括糖、脂肪、蛋白质、无机盐、维生素、水、膳食纤维等7大类，其中只有糖、脂肪、蛋白质是能源物质。(一)食物的消化与吸收 1、食物的消化与吸收 (1)消化的概念：消化是指食物在消化道中被分解的过程。消化的方式有机械性消化和化学性消化两种。(2)消化过程：口腔内的消化：食物在口腔内，经咀嚼肌运动被牙齿磨碎与唾沫充分混合形成食团，便于吞咽。唾沫的化学性消化能力弱，仅有少量淀粉在唾液淀粉酶的作用下，降解为麦芽糖。口腔内的消化是机械性消化为主。胃内的消化 食物入胃后，借胃壁运动与胃液混合，继续进行机械性消化和化学性消化。胃液的成份与特点：pH为0.9-1.5，其中主要成份有盐酸、胃蛋白酶，正常人胃液分泌量约为1.5-2.5L/d。盐酸不仅为胃蛋白酶提供酸性环境，而且在进入小肠后能引起促胰液素分泌，从而促进胰淮、胆汁和小肠液的分泌。胃蛋白酶原在适宜酸性环境下被激活为胃蛋白酶，它能将蛋白质降解蛋白胨及多肽等。胃的机械性消化包括胃容受性舒张和胃蠕动两种。食物由胃进入小肠的过程称为胃排空。三类食物中，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46小时。小肠内的消化 小肠内的消化是整个消化过程中是重要的阶段。主要消化液是胰液、胆汁和小肠液。小肠的机械性消化有三种：一是小肠紧张性收缩，二是分节运动，三是小肠蠕动。大肠内的消化。主要机能是吸收一定的水分，同时为消化后的残余物质提供暂时储存的场所。大肠液的主要作用是其中的黏液蛋白，它对肠黏膜有保护作用和润滑粪便的作用。2.吸收 (1)吸收的概念：是指食物中的某些成分或消化后的产物通过小肠上皮细胞进入血液或淋巴液的过程。(2)吸收的部位：食物在口腔和食道内基本上不被吸收；胃可吸收酒精和少量水分；大肠主要吸收盐类和剩余水分；营养物质吸收的主要部位是小肠。小肠的结构和机能特点：(1)小肠具有巨大的吸收面积和相适应的结构，人的小肠长度约4米，其黏膜具有环形皱襞，并有大量的绒毛，绒毛上的每一柱状上皮细胞的顶端约有17000条微绒毛。小肠的吸收面可达200平方米。(2)食物在小肠内移动得慢且停留时间长。食物在小肠停留的时间随食物的性质而有不同，脂肪停留时间最长。(3)食物在小肠内基本完成了最终的消化过程。(二)糖代谢 糖是机体最主要，来源最经济，供能又快速的能源物质。1克糖在体内彻底氧化可产生17.17千焦(4.1千卡)热能。机体正常情况下有60%的热能由糖来提供。运动时糖供能的比例更大，更重要。1.糖在体内的存在形式：一种是以糖原的形式存在于组织细胞浆内，主要有肝糖原和肌糖原。另一种是以葡萄糖的形式存在于血液中，称为血糖。空腹时血糖的浓度较稳定，约为80-120mg/100ml。2.糖的分解供能 (1)糖的有氧分解：葡萄糖或糖原在有氧条件下，最终氧化成CO2和H2O，并生成ATP的过程称为有氧分解。1分子的糖原或葡萄糖可生成3938分子的ATP。糖原葡萄糖丙酮酸乙酰辅酶A三羧酸循环+O2 CO2+H2O+ATP (2)糖的无氧分解：葡萄糖或糖原在不需要氧的情况下分解生成乳酸并释放能量生成ATP的过程称为糖的无氧分解或酵解。糖原葡萄糖丙酮酸乳酸+ATP 1分子的糖原或葡萄糖可产生3-2分子的ATP，可利用的热能不到糖分子结构中总热能的5%，其意义在于满足剧烈运动时快速供能的短时间需要。3.糖的储备与运动能力 运动性疲劳或过度性训练的原因之一是体内肌糖原的耗竭，所以在大于1小时的运动适量补充糖，可通过提高血糖水平，增加运动中糖的氧化供能、节约肌糖原的损耗，减少脂肪酸和蛋白质的供能比例，可使运动的耐受时间延长，延缓疲劳发生，提高运动能力。合理膳食与适宜运动训练相结合是提高机体糖原储备的有效途径。(三)脂肪代谢 脂肪是一种含能量最多的营养物质。1克脂肪在体内彻底氧化可产生38.94千焦(9.3千卡)热能。人体内脂肪储量很大，是长时间肌肉运动的重要能源。脂肪还是构建细胞的组成成分，能促进脂溶性维生素的吸收和利用。对内脏和机体起着保护垫和热垫的作用。1.脂肪的储存与动员：脂肪细胞可摄取血液中过多的自由脂肪酸（FFA），并与甘油结合形成甘油三酯储存起来，这称为脂肪储存。当血液FFA水平下降时，储存在脂肪细胞内的脂肪在激素敏感脂肪酶的作用下，逐步分解为脂肪酸和甘油，释放入血，以供给其他组织氧化利用，此过程称为脂肪动员。2.脂肪的分解供能 脂肪脂肪酸(氧化)乙酰辅酶A三羧酸循环+O2 CO2+H2O+ATP 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。4.运动对脂肪代谢的影响l (1)提高脂肪酸的氧化能力；l (2)改善血脂异常；l (3)减少体脂积累。l (四)蛋白质代谢l 蛋白质是构成细胞结构最主要的原料，主要参与新陈代谢实现自我更新的物质。蛋白质由氨基酸组成。蛋白质代谢以氨基酸代谢为基础。l 1.人体内氨基酸的来源主要有：l (1)食物蛋白质消化分解产生的氨基酸；l (2)各组织细胞蛋白质降解出的氨基酸；l (3)其他物质经中间代谢转化而来的氨基酸。l 这些氨基酸共同构成人体内“氨基酸代谢库”2.代谢库内氨基酸的去路：(1)再合成蛋白质更新和修复组织；(2)合成肽类激素、激酶及核酸碱基等含氮物质；(3)脱氨基后进一步氧化供能；(4)脱氨基后再合成糖、脂肪储存。(5)再合成新的氨基酸。3.蛋白质分解代谢供能l 蛋白质的分解供能是由氨基酸代谢实现的。体内不是所有的氨基酸都能参与分解供能，主要有丙氨酸、谷氨l 酸、门冬氨酸、支链氨基酸等通过脱氨基和氧化等复杂过程，转变成丙酸酸、-酮戊二酸、草酰乙酸和脂酰辅酶A等不同途径参与三羧酸循环的氧化分解供能。蛋白质分解供能很不经济，一般情况下不作为主要供能物质。Margaria计算了体内能源物质最大供能的总容量和输出功率，并比较了它们之间各自特点，把供ATP再合成的能源物质按无氧功能和有氧供能分成了三个系统。即磷酸原系统、乳酸能系统和有氧氧化系统（图15）第二节 肌肉活动能量供应的三个系统 l概念：通常是指ATP和磷酸肌酸（CP）组成的系统，由 于二者的化学结构都属于高能磷酸化合物，故称为磷酸原系统（ATPCP系统）。l供能特点：供能总量少，持续时间短，功率输出最快，不需要氧，不产生乳酸等类中间产物。l磷酸原系统主要供能的运动项目：高功率输出项目，如短跑、投掷、跳跃、举重等运动项目。一、磷酸原系统一、磷酸原系统二、乳酸能系统二、乳酸能系统l概念：乳酸能系统是指糖原或葡萄糖在细胞浆内无氧分解生成乳酸过程中（又称酵解），再合成ATP的能量系统。该系统ATP的生成速率取决于底物消耗（糖原、葡萄糖）到产物生成（乳酸）之间的反应速率。l供 能 特 点：供 能 总 量 较 磷 酸 原 系 统 多，持 续 时 间 较 短，功率输出次之，不需要氧，终产物是导致疲劳的物质乳酸。l衡量乳酸能系统供能能力的常用指标：血乳酸。l乳酸能系统主要供能的运动项目：1分 钟 高 功 率 输 出 项目，如400米跑、100米游泳等。三、有氧氧化系统三、有氧氧化系统l概念：指糖、脂肪和蛋白质在细胞内彻底氧化成H2O和CO2的过程中，再合成ATP的能量系统。l供能特点：ATP生成总量很大，但速率很低，持续时间很长，需要氧的参与，终产物是H2O和CO2，不产生乳酸类的副产品。l评定有氧工作能力的指标：最大摄氧量和无氧阈等。第三节 肌肉活动的代谢特征及影响因素一、肌肉活动时能量供应的代谢特征（一）ATP供能的连续性 肌肉工作所完成的各种运动形式即技术动作，可能是周期性的、非周期性的、混合的；也可能是间断性的、连续性的。在完成所有运动时，能量供应必须是连续的，否则肌肉工作会因能量供应中断而无法实现。也就是说，ATP的消耗与其再合成之间必须是连续性的。肌 肉 活 动 随 着 运 动 强 度 的 变 化 而 对 能 量 需 求 有 所 不同，强度越大，耗能也越大，这要求产能速率必须与耗能强度相匹配。否则，运动就不能以该强度持续运动，这是由ATP供能的连续性决定的。（二）耗能与产能之间的匹配（二）耗能与产能之间的匹配 （三）供能途径与强度的对应性（三）供能途径与强度的对应性 肌肉在完成不同强度运动时，优先启动不同的供能系统与运动强度的对应性是由产能和耗能速率的匹配关系决定的。在众多调控因素中，胞浆内ATP与ADP的比值变化最为重要，比值上升说明产能大于耗能，反之则耗能大于产能。（四）无氧供能的暂时性（四）无氧供能的暂时性 根据能量统一体理论，ATP再合成的无氧方式与有氧方式是一个统一体。启动哪一种方式供能取决于运动强度的变化，当运动强度耗能速率大于有氧产能最大速率时，必然动用产能更快的无氧方式，以满足该状态的代谢需要。从细胞的结构和功能来看，有氧供能是机体生命活动最基本的代谢方式。它具备完善的代谢场所、途径、方式和调节系统。（五）有氧代谢的基础性（五）有氧代谢的基础性（一）概念 运动生理学把完成不同类型的运动项目所需能量之间，以及各能量系统供应的途径之间相互联系所形成整体，称为能量统一体。二、能量统一体理论二、能量统一体理论 以有氧和无氧供能百分比的表现形式：以运动时间为区分标准的表现形式。根据不同运动项目无氧和有氧供能比例，确定各类运动在能量统一体中的相对位置，并能了解该运动项目无氧和有氧供能的百分比（图16）（二）表现形式（二）表现形式 1.着重发展起主要作用的供能系统 2.制定合理的训练计划（三）能量统一体在体育实践中的应用（三）能量统一体在体育实践中的应用 （一）最大强度的短时间运动 最大强度的运动必须启动能量输出功率最快的磷酸原系统。（二）中低强度的长时间运动 运动的前期以启动糖有氧氧化供能为主，后期随着糖的消耗程度增加而逐渐过渡到以脂肪氧化供能为主。三、肌肉活动时影响能量代谢的因素分析三、肌肉活动时影响能量代谢的因素分析三、肌肉活动时影响能量代谢的因素分析三、肌肉活动时影响能量代谢的因素分析 （三）递增速度的力竭性运动 运动开始阶段，由于运动强度小，能耗速率低，有氧氧化系统能量输出能满足其需要，故启动有氧氧化系统（主要是糖氧化分解）。随着运动负荷的逐渐增大，当有氧供能达到最大输出功率，仍不能满足因负荷增大而对ATP的消耗时，必然导致ATP与ADP比值明显下降，此时必然动用输出功率更大的无氧供能系统。三、肌肉活动时影响能量代谢的因素分析三、肌肉活动时影响能量代谢的因素分析 （四）强度变换的持续性运动 以有氧供能为基础的混合性一类运动。其特点是：以CP供能快速完成技战术的配合，间歇时靠有氧能力及时恢复的持续性运动，运动中乳酸能参与的比例较小。小结：1、人体内物质代谢和能量代谢是维持生命活动、保证身体活动的基础，是运动人体科学研究的核心问题。2、糖、脂肪、蛋白质是人体内的三大能源物质，它们在人体内的分解氧化可以释放大量的能量，合成人体生命活动的直接能量ATP。思考题：1、三种能源系统为什么能满足不同强度的运动需要？2、简述能量统一体理论在体育实践中的应用意义。