本文提要:
三磷酸腺苷(ATP)是由一個叫做腺苷的物質和三個稱為磷酸基(P)的簡單原子群組成的複雜化學結構。三個磷酸基組成的磷酸基團之間存在着特殊的高能鍵,而這些高能鍵分解之後會釋放能量直接作用于細胞,使細胞工作。在肌細胞中,ATP的分解可實現肌肉收縮,如果沒有ATP,肌肉就會停止收縮,并且ATP是新陳代謝的能量基礎。
而磷酸肌酸(CP)是在肌細胞中發現的另一種高能磷酸化合物,ATP和CP組成的系統叫做磷酸原系統(ATP-CP系統),會以磷酸肌酸的形式短暫存儲于人體中(可以簡單的理解為ATP是體内能量轉化和利用的關鍵物質,而磷酸肌酸是ATP的存儲庫)。并且ATP在實現肌肉收縮時會分解CP快速再次合成ATP,這個過程非常高效,即使是最劇烈的運動,它的濃度也不會降低,但是CP的濃度會下降到一個極低的水平。
雖然肌肉中儲存的ATP和CP總量非常的少,但是由于它可以立即用于肌肉的收縮,所以它在開始身體活動時(例如站起來的一瞬間)和短期高強度的活動(例如舉重、短跑)期間是必不可少的。所以訓練中的供能下降也是提示我們ATP合成較慢或無法繼續合成的一個信号,來告訴我們需要适應訓練或是放棄訓練。
在運動中如果不持續重新合成ATP,磷酸原系統的能量可能隻夠全力運動10秒。所以運動時ATP的持續合成成為關鍵。由于運動能力對人類祖先獲取食物、追求配偶或逃避捕食的能力的極為重要,因此,它們對很多人體機能進行了組織,以便連續提供ATP:
無氧糖酵解産生ATP:無氧糖酵解需要肌肉葡萄糖與糖原作為基質分解生成ATP,這是除了磷酸肌酸以外最快的提供ATP的途徑。因此,當我們需要的ATP比磷酸原系統允許的時間長的多的時間(通常1-3分鐘)活動時,就需要進行無氧糖酵解。但是由于無氧糖酵解會産生乳酸鹽導緻肌肉疲勞疼痛,所以無氧糖酵解發揮的作用有限,最多能為可持續約三分鐘的高強度運動提供主要的ATP來源。
有氧糖酵解産生ATP:有氧糖酵解需要血糖、糖原、脂肪酸與蛋白質作為基質,并且在循環系統需要持續提供氧氣來産生ATP。由于它生成的速度較慢,更适合于更低強度、更長時間的活動。但是它可持續的運動時間可以長達數個小時,這也是為什麼馬拉松運動員可以進行長時間持續運動的原因之一。
除了這兩種代謝途徑幫助代謝生成ATP外,還有一種方式就是增加肌肉中肌酸的存儲量。由于人體中95%的肌酸存儲于我們的骨骼中,而其餘的肌酸則存儲于不同的器官内,所以肌肉中的可用幫助合成ATP的肌酸少之又少。
正常人每天可以通過動物性食物為人體提供約1克肌酸,還有1克由人體在肝髒、腎髒和胰腺中自行産生并且每天會有2克排出體外。對于健康人來說體内的肌酸是平衡的,但對于運動者可能不夠。這時加大肌肉中肌酸的存儲可以幫助持續快速生成ATP以提高運動表現,所以很多人會用一水肌酸進行補充。研究表明每天攝入20-30克肌酸,持續長達2周可使肌肉中肌酸的存儲量提高10%到30%,并可使力量提高約10%。因為肌酸是由身體産生的天然物質,因此不包括在任何興奮劑清單中。但是對于腎功能不全的患者應該經過醫生許可使用。
小結:雖然本文中說了三大能量系統(磷酸原系統、無氧糖酵解、有氧糖酵解)如何産生ATP以及在運動中的作用,但是這些系統并不是獨立工作的。也就是說,在一次活動中,一個能量系統通常會占據主導,但全部三個系統也都會提供活動中所需的燃料。
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