運動生物化學(xué)視角運動員體能的生化基礎(chǔ)論文
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摘要：
從運動生物化學(xué)角度分析運動員的體能訓(xùn)練，認(rèn)為運動員的體能強弱主要體現(xiàn)在能量(三磷酸腺苷，即ATP)的含量及其轉(zhuǎn)換速率。教練員可根據(jù)人體三大能量供應(yīng)系統(tǒng)的特點與規(guī)律，合理安排運動強度與時間，運用血乳酸生化指標(biāo)進行科學(xué)監(jiān)控，提高運動員體能訓(xùn)練的效率。
關(guān)鍵詞：
體能訓(xùn)練;ATP;血乳酸;能量;
引言：
體能是運動員取得優(yōu)異運動成績的基礎(chǔ)，是運動員的基本運動能力，還是運動員提高技戰(zhàn)術(shù)水平和創(chuàng)造優(yōu)異成績所必需的各種運動能力的綜合。體能的生物化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)是機體能量儲存和供應(yīng)能力。本文從運動生物化學(xué)的角度分析運動員體能的生化基礎(chǔ)，為科學(xué)的體能訓(xùn)練提供理論依據(jù)。
1、體能取決于人體能量
1.1、體能與能量
良好的體能有利于運動員技戰(zhàn)術(shù)水平的提高，使機體各器官盡快適應(yīng)外界環(huán)境，預(yù)防運動損傷，延長運動壽命。機體的任何運動方式都是由骨骼肌收縮引起的，而肌肉收縮需要消耗大量的能量[1]。骨骼肌運動的唯一直接能量就是三磷酸腺苷(ATP),ATP的存量及轉(zhuǎn)換能力決定了運動員的體能。
運動生物化學(xué)視角運動員體能的生化基礎(chǔ)
一般來說，人體內(nèi)的ATP含量很少，只能供給0.5～0.8s的最大強度運動。ATP含量雖少但轉(zhuǎn)換速率快，在大強度運動中，磷酸肌酸(CP)被立即動員，CP將其高能磷酸化學(xué)鍵轉(zhuǎn)給ADP(二磷酸腺苷)合成ATP，由ATP直接向骨骼肌供能[2]。人體ATP-CP的總儲量也很少，一般供應(yīng)5～7s的最大強度運動。10～120s的運動逐步動員糖酵解供能系統(tǒng)(乳酸能供能系統(tǒng))，較長時間的運動則需要有氧氧化供能系統(tǒng)供能(圖1)。人體通過糖酵解、有氧氧化產(chǎn)生大量的熱能，用于ATP的合成，維持骨骼肌中ATP的正常含量，少部分以熱的形式散發(fā)，維持身體的正常體溫[3]。人體內(nèi)的ATP-CP儲量越豐富，糖酵解和有氧氧化供能系統(tǒng)能力越強，表現(xiàn)出來的各項體能就越好。可見，運動員的體能決定于骨骼肌收縮過程所需要的能量及其供應(yīng)過程，運動時骨骼肌能量的基礎(chǔ)物質(zhì)主要來源于CP、糖、脂肪、蛋白質(zhì)。能量產(chǎn)生的多少及轉(zhuǎn)換速率的快慢直接決定骨骼肌的工作能力。能量產(chǎn)生得越多，轉(zhuǎn)換速率越快，運動員的體能越好。
1.2、運動時能量供應(yīng)基本過程
機體有三大能量供能系統(tǒng)，分別為磷酸原(ATP-CP)供能系統(tǒng)、糖酵解供能系統(tǒng)和有氧氧化供能系統(tǒng)，如表1所示。運動開始時，首先由ATP直接供能，并快速動員CP，磷酸原供能系統(tǒng)只能為高強度的力量與速度體能項目運動員提供5～7s的能量。如60～100m短跑、投擲、舉重等項目，主要靠ATP-CP供給能量。若運動時長超過磷酸原供能時間，機體快速動員糖酵解供能系統(tǒng)，即在無氧條件下體內(nèi)的糖在無氧代謝酶的催化作用下經(jīng)糖酵解的一系列生物化學(xué)反應(yīng)，最后生成乳酸，同時合成ATP。糖酵解的高峰期一般為45s，維持高強度運動為1min左右[4]。如400m跑、100m游泳等無氧速度耐力體能項目，主要由糖酵解提供能量。當(dāng)進行長時間中、小強度運動時，所需的能量由有氧氧化供能系統(tǒng)供應(yīng)，即糖、脂肪、蛋白質(zhì)等人體能源物質(zhì)在氧氣充足的條件下，依靠各種有氧代謝酶經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，最后生成二氧化碳和水，同時釋放大量熱能，這些熱能大部分合成ATP，一部分則以熱能的形式散發(fā)，維持人體的體溫[5]。如10000m跑、馬拉松或時間超過2min以上的中等強度運動。
如表1所示，不同能量供應(yīng)系統(tǒng)的供能時間不同，輸出功率也不一樣[6]:磷酸原供能輸出功率最大，為50W/kg體重;糖酵解供能系統(tǒng)輸出功率為25W/kg體重;糖有氧氧化輸出功率為12.5W/kg體重;脂肪有氧氧化的輸出功率最低，只有6.25W/kg體重。可見:應(yīng)用磷酸原供能時，運動速度最快，力量最大，如終點沖刺、最大爆發(fā)力訓(xùn)練等;脂肪有氧代謝的能量輸出功率最小。因此，不能以100m跑的速度去跑800m。
表1人體三大供能系統(tǒng)特點與體能
2、體能訓(xùn)練目的:提高物質(zhì)代謝和能量代謝能力
運動員的體能是以人體三大供能系統(tǒng)為能量供應(yīng)基礎(chǔ)，通過力量、速度、耐力等運動素質(zhì)表現(xiàn)出來的人體基本的運動能力，是運動員競技能力的重要構(gòu)成部分。人體各供能系統(tǒng)的供能能力決定各項體能水平。不同運動項目需要的體能不同，能量的供應(yīng)系統(tǒng)也不同，科學(xué)的運動訓(xùn)練就是根據(jù)各供能系統(tǒng)的特點與規(guī)律，合理安排運動時間、運動強度，提高機體相應(yīng)供能系統(tǒng)的能量代謝水平和能力，提高運動員的體能，如表2所示。
2.1、力量與速度訓(xùn)練生化分析
依據(jù)磷酸原供能系統(tǒng)的特點，力量和速度類項目如短距離跑、跳躍、投擲，以及舉重、柔道、摔跤等短時間大強度運動項目，一般采用10s左右大強度運動、30～40s間歇的訓(xùn)練[6]。10s內(nèi)的大強度運動，基本是ATP-CP供給能量，30～40s間歇可以使ATP-CP得到一定程度的恢復(fù)，通過科學(xué)、多組的高強度訓(xùn)練，可以有效提高運動員的磷酸原代謝能力。實踐中，使訓(xùn)練負(fù)荷達到最大值，將運動時間控制在10s內(nèi)，也可增加重復(fù)次數(shù)，還可根據(jù)運動員的特點調(diào)整間歇時間，組間休息一般在3～6min，保證機體有效恢復(fù)。
2.2、無氧耐力訓(xùn)練生化分析
提高無氧耐力必須以增強糖酵解供能能力為主。該供能系統(tǒng)中，葡萄糖或肌糖原在無氧條件下進行代謝，最后生成乳酸并釋放能量。因此，提高無氧耐力的訓(xùn)練往往采用1min左右高強度運動、4～6min休息的方法，或使運動員的血乳酸保持在12mmol/L及以上濃度。運動中產(chǎn)生的大量血乳酸可以提高運動員的乳酸耐受能力，從而提高其糖酵解供能能力。
2.3、有氧耐力訓(xùn)練生化分析
有氧耐力項目運動員運動時的能量主要由糖、脂肪、蛋白質(zhì)有氧氧化供給。有氧氧化供能系統(tǒng)輸出功率低，但供能時間長，長距離游泳、中長跑、自行車、馬拉松等運動項目主要靠有氧氧化系統(tǒng)供能。有氧耐力訓(xùn)練一般選擇負(fù)荷強度較低、時間較長、無間斷的持續(xù)性訓(xùn)練方法，運動時間需超過項目比賽時間。也可采用多組間歇訓(xùn)練法，一般是4min運動、6～10min休息的多組重復(fù)訓(xùn)練。
人體運動時能量生成的基本過程為無氧和有氧氧化過程。這2個代謝過程與運動能力及專項相適應(yīng)，即不同運動項目要求不同的代謝過程作為其能量供應(yīng)基礎(chǔ)。運動過程中的能量釋放取決于運動負(fù)荷和時間，不同運動強度和時間有相對的代謝比例，需依據(jù)能量供應(yīng)的主要系統(tǒng)進行訓(xùn)練設(shè)計。
3、能量代謝特點與專項體能訓(xùn)練
無論是靜止?fàn)顟B(tài)還是運動狀態(tài)，機體供能系統(tǒng)都在運轉(zhuǎn)。運動過程中，三大供能系統(tǒng)相互依存、相互聯(lián)系、相互影響。各供能系統(tǒng)的供能只有順序和主次區(qū)別，沒有絕對的界限。運動項目不同，運動時間和強度不同，運動中各供能系統(tǒng)參與供能的比例也不一樣，但各供能系統(tǒng)之間仍然協(xié)調(diào)配合以確保能量供應(yīng)，使運動中骨骼肌能順利活動，適應(yīng)不同運動項目的需求。
3.1、專項體能訓(xùn)練與能量供應(yīng)系統(tǒng)
在提高體能的訓(xùn)練中，短距離運動項目的專項體能訓(xùn)練時間往往比其他運動項目更短，而長距離或超長距離項目專項體能的訓(xùn)練時間則更長。如:100m跑專項體能訓(xùn)練，一般采用60m跑或30～60m行進間跑;400m跑專項體能訓(xùn)練往往采用200～300m高強度跑，但10000m專項訓(xùn)練經(jīng)常超過10000m，馬拉松則采用50km跑步訓(xùn)練。其主要原因是:100m跑主要供能系統(tǒng)是ATP-CP,ATP-CP的供能時間為5～7s,30m、60m跑的運動時間能保證ATP-CP供能系統(tǒng)得到訓(xùn)練，從而有效提高100m跑專項運動能力;300m跑、100m跑和超馬拉松專項訓(xùn)練，分別能提高糖酵解供能能力和有氧氧化供能能力。
3.2、無氧代謝供能系統(tǒng)與有氧氧化供能系統(tǒng)
無氧代謝供能系統(tǒng)包括磷酸原供能系統(tǒng)和糖酵解供能系統(tǒng)，2個供能系統(tǒng)雖然都是無氧的，但供能途徑不同，所需要的酶不一樣，訓(xùn)練時間也不相同。10s大強度運動主要由磷酸原供能，45～60s大強度運動主要是糖酵解供能。盡量避免20～30s的高強度訓(xùn)練，因為20～30s運動不能明確是發(fā)展磷酸原供能系統(tǒng)，還是發(fā)展糖酵解供能系統(tǒng)。同理，發(fā)展有氧氧化供能系統(tǒng)能力需進行較長時間的中等強度運動。如提高400m跑運動員的專項體能，應(yīng)以糖酵解供能為主，體能訓(xùn)練時單次大負(fù)荷運動60s左右，不可超過2min。超過2min的中等強度訓(xùn)練，一般是發(fā)展有氧代謝供能系統(tǒng)的專項體能訓(xùn)練。在體能訓(xùn)練過程中，應(yīng)根據(jù)運動項目專項供能的特點進行有針對性的練習(xí)。
3.3、體能訓(xùn)練運動強度測試與評定
乳酸是糖酵解的代謝產(chǎn)物，運動中血乳酸的生成量既可科學(xué)評定訓(xùn)練強度，又可鑒定運動中三大供能系統(tǒng)的供能比例，還可評定各供能系統(tǒng)的供能能力。一般來說:短時間大強度運動是磷酸原供能系統(tǒng)供能，供能時不產(chǎn)生乳酸，血乳酸越少，說明磷酸原供能能力越好，運動員的力量與速度能力好;如果血乳酸多，說明是糖酵解供能系統(tǒng)供能，乳酸越多，說明糖酵解供能能力越好，無氧耐力好;如果是較長時間的運動，血乳酸越低，說明有氧氧化供能系統(tǒng)能力強，有氧耐力好。
4、小結(jié)
良好的體能是運動員取得優(yōu)異運動成績的關(guān)鍵。機體能量的貯量及轉(zhuǎn)換能力決定了運動員體能的強弱。體能訓(xùn)練的能量供應(yīng)取決于人體三大供能系統(tǒng)，不同運動項目運動員運動時各供能系統(tǒng)占比不同。在訓(xùn)練和比賽中，教練員可用乳酸來監(jiān)控運動員體能訓(xùn)練的供能比例，做到合理安排，科學(xué)訓(xùn)練，為提高運動員的體能、取得優(yōu)異運動成績提供物質(zhì)和能量基礎(chǔ)。
參考文獻
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