人体三大功能系统

2021年1月20日发(作者：毛应源)
人体内的三大供能系统


在人体内有三大供能系统，它们是：
AT P-
磷酸肌酸供能系统、无氧呼吸供能系
统和有氧呼吸供能系统。

（
1
）

A
TP
在肌肉中的含量低，
当肌 肉进行
剧烈运动时，供能时间仅能维持约
1
～
3
秒
。

（
2
）

之
后的能量供应就要依靠
ATP的再
生。这时，细胞内的高能化合物磷
酸肌酸的高能磷酸键水解将能量转
移至ADP
，
生成
ATP
。
磷酸肌酸在体
内的含量也很少， 只能维持几秒的
能量供应。人在剧烈运动时，首先
是
ATP-
磷酸肌酸供能系 统供能，通过这个系统供能大约维持
6
～
8
秒
左右的时间。

（
3
）

这
两项之后的供能，主要依靠
葡萄糖和糖 元的无氧酵解
所释放的能量合成
ATP
。无氧
酵解约能维持
2
～
3
分钟
时间。

（
4
）

由
于无氧呼吸产生的乳酸易导致肌肉疲劳，
所以
长时间的耐力运动需要靠有氧呼吸释放的能量来合成
ATP
。

综上所述，短时间大强度的运动，如
100
米短跑，主要依靠
ATP-
磷酸肌酸供能；长时
间低强度的运动，主要
靠有氧呼吸提供能量；介于二者之间的较短时间的中强度运动，如
400
米跑 ，则
主要
由无氧呼吸提供能量。

运动项目

马拉松跑

400
米跑

100
米跑

总需氧量（升）

600

16

8

实际摄入氧量（升）

589

2

0

血液乳酸增加量

略有增加

显著增加

未见增加


人在剧烈运动呼吸底物主要是糖。但在长时间剧烈运动时，如马 拉松式的长跑运动，
人体内贮存的糖是不够用的，在消耗完贮存的糖类物质后，就动用体内
贮存 脂肪和脂肪酸
。


一、运动时供能系统的动用特点


(
一
)
人体骨骼肌细胞的能量储备


(
二
)
供能系统的输出功率

运动时代谢供能的输出功率取决于能源物质合成
ATP
的最大速率。


(
三
)
供能系统的相互关系

1
．运动 中基本不存在一种能量物质单独供能的情况，肌肉可以利用所有能量物质，只
是时间、顺序和相对比率随 运动状况而异，不是同步利用。

2
．最大功率输出的顺序，由大到小依次为：
磷酸原系统
>
糖酵解系统
>
糖有氧氧化
>
脂
肪酸 有氧氧化，且分别以近
50
％的速率依次递减。

3
．当以最大输出 功率运动时，各系统能维持的运动时间是：磷酸原系统供极量强度运
动
6
—
8
秒；
糖酵解系统供最大强度运动
30
—
90
秒，
可 维持
2
分钟以内；
3
分钟主要依赖有
氧代谢途径。
运动时间 愈长强度愈小，脂肪氧化供能的比例愈大。脂肪酸是长时间运动的
基本燃料。

4．由于运动后
三磷酸腺苷
(ATP)
、磷酸肌酸
(CP)
的恢复 及乳酸的清除，须依靠有氧代谢
系统才能完成，因此
有氧代谢供能是运动后机能恢复的基本代谢 方式
。


二、不同活动状态下供能系统的相互关系

安静 时，不同强度和持续时间的运动时，骨骼肌内无氧代谢和有氧代谢供能的一般特
点表现如下。


(
一
)
安静时：

安静时，骨骼肌内能量消耗少 ，
ATP
保持高水平；氧的供应充足，肌细胞内以游离脂肪
酸和葡萄糖的有氧代谢供能 。线粒体内氧化脂肪酸的能力比氧化丙酮酸强，即氧化脂肪酸
的能力大于糖的有氧代谢。在静息状态下， 呼吸商为
0
．
7
，表明骨骼肌基本燃料是脂肪酸。


(
二
)
长时间低强度运动时：

在长时间低强度运动时， 骨骼肌内
ATP
的消耗逐渐增多，
ADP
水平逐渐增高，
NAD+< br>还
原速度加快，但仍以有氧代谢供能为主。血浆游离脂肪酸浓度明显上升，肌内脂肪酸氧化
供能增强，这一现象在细胞内糖原量充足时就会发生。同时，肌糖原分解速度加快，加快
的原因有两点 ：

（
1
）能量代谢加强。


(2)
脂肪酸完全氧化需要糖分解的中间产物草酰乙酸协助才能实现。

在低 强度运动的最初数分钟内，血乳酸浓度稍有上升，但随着运动的继续，逐渐恢复
到安静时水平。


(
三
)
大强度运动：

随着运动强度的提高， 整体对能量的要求进一步提高，但在血流量调整后，机体对能
量的需求仍可由有氧代谢得到满足，即有氧 代谢产能与总功率输出之间保持平衡。在这类
运动中，血乳酸浓度保持在较高的水平上，说明在整体上基 本依靠有氧代谢供能时，部分
骨骼肌内由糖酵解合成
ATP
。
血乳酸浓度是由 运动肌细胞产生乳酸与高氧化型肌细胞或其他
组织细胞内乳酸代谢之间的平衡决定的。

（四）

短时间激烈运动时：

在接近和超过最大摄氧量强度运动时 ，骨骼肌以无氧代谢供能。极量运动时，肌内以
ATP
、
CP
供能为主。超过
10
秒的运动，糖酵解供能的比例增大。随着运动时间延长，血乳
酸水平始终保持上升 趋势，直至运动终止。

总之，短时间激烈运动
(10
秒以内
)基本上依赖
ATP
、
CP
储备供能；长时间低、中强度
运动时， 以糖和脂肪酸有氧代谢供能为主；
而运动时间在
10
秒—
10
分内执 行全力运动时，
所有的能源储备都被动用，只是动用的燃料随时间变化而异：运动开始时，
AT P
、
CP
被动
用，然后糖酵解供能，最后糖原、脂肪酸、蛋白质有氧代谢也参 与供能。运动结束后的一
段时间，骨骼肌等组织细胞内有氧代谢速率仍高于安静时水平，它产生的能量用 于运动时
消耗的能源物质的恢复，如磷酸原、糖原等。


不同强度运动时磷 酸原储量的变化：（
1
）极量运动至力竭时，
CP
储量接近
耗尽，达 安静值的
3
％以下，而
ATP
储量不会低于安静值的
60
％ 。（
2
）当以
7
5
％最大摄氧量强度持续运动时达到疲劳时，
CP
储量可降到安静值的
20
％左右，
ATP
储量则略低于安静值 。
（
3
）当以低于
60
％最大摄氧量强度运动时，
CP储量
几乎不下降。这时，
ATP
合成途径主要靠糖、脂肪的有氧代谢提供。


运动训练对磷酸原系统的影响：
(1)
运动训练可以明显提高
ATP
酶的活性；
(2)
速度训练可以提高肌酸激酶的活性，从而提高
ATP
的转换速率和肌肉最大功率
输出，有利于运动员提高速度素质和恢复期
CP
的 重新合成；
(3)
运动训练使骨骼
肌
CP
储量明显增多，
从 而提高磷酸原供能时间；
(4)
运动训练对骨骼肌内
ATP
储
量影响 不明显。



运动时的生理（能量的供应）



1
．人体的肌纤维收缩后，其内的
ADP
生成
ATP所需的能量主要来源于（


）

A
．肌糖元








B
．磷酸肌酸








C
．葡萄糖








D
．脂肪

2
．运动员在长跑过程中，肌细胞中葡萄糖氧化分解所释放的能量大部分用于（

）

A
．产生热能




B
．转存
ATP




C
．合成糖元




D
．肌肉收缩

3
．人体剧烈运动时，肌肉细胞呼吸作用的产物有（


）

A
．
CO
2
、酒精、水、
ATP














B
．
CO
2
、乳酸、
ATP

C
．
CO
2
、
H
2
O
、乳酸


















D
．
H
2
O
、
CO
2
、乳酸、
AT P

4
．通过生理测定，在长时间的剧烈运动过程中，骨骼肌细胞中
ATP< br>含量仅能维持
3
秒钟，
3
秒钟后，肌肉消耗的能量来自于
AT P
的再生，此时
ATP
再生的途径是（


）

A
．有氧呼吸






B
．无氧呼吸






C
．磷酸肌酸高能键的转移






D
．三项都是

5
．当人体在剧烈运动时，合成
ATP
的能量来源于（


）

①

无氧呼吸






②

有氧呼吸





③

磷酸肌酸

A
．只有①








B
．只有②








C
．只有③








D
．①②③

6
．运动员在进行不同项目运动
总 需氧量
实际摄入氧量
血液乳酸
时，
机体供能方式不同。
对三
运动项目

种运动项目的机体需氧量、
实
（升）

（升）

增加量

际摄入氧量和血液中乳酸增
600

589

马拉松跑

略有增加

加量进行测定，
结果如右表所
示。
则根据该表格分析马拉松
16

2

400
米跑

显著增加

跑、
400
米跑、
100
米跑运动
8

0

100
米跑

未见增加

过程中机体的主要供能方式
分别是（


）