对运动中能量消耗的思考

中图分类号：G808 文献标识：A 文章编号：1009-9328（2014）07-000-02

摘 要 体育运动中能量的供应过程错综复杂，能量代谢的评价与测定对运动能力的提高有良好的影响。本文对运动中能量代谢的过程、测量与评价进行论述，提出提高运动能力的能量消耗方面的理论依据。

关键词 运动 能量 消耗

基于人体运动研究的复杂性，能量法是目前运动生物力学研究不可多得的方法之一。但查阅大量文献发现至今，能量法在生物力学研究中的应用少之又少，未能引起应有的重视[1]。能量法广义的说法是：能量法就是从能量的观点出发，根据能量守恒、功能关系等有关定律、定理，应用含有能量的关系式来分析、检验、判断、计算、解答问题的方法。目前在运动生物力学领域，人们把研究与人体运动中能量分配、能量转换的一种力学结合生物学的研究方法统称为能量法。它研究的核心问题是运动中功和能的转换关系，从中分析运动的效率、技术的合理性。

一、运动中能量消耗概述

我们知道人体为维持生存和活动，不断地通过饮食、呼吸从外界摄入物质，同时也不断地向外界释放能量，主要表现为人体对外做功以及热量的交换。人体产生运动的动力来源机构是骨骼肌，因此骨骼肌收缩输出的机械功除以热量耗散外，还主要用于克服内部负荷以及外部负荷，从而产生空间位移而做功。随着输出功率的增加，要求机体总能量消耗增加。同时，随着输出功率的增加，要求机体供能的速度也要增加，而糖作为快速供能的代谢底物的动员和使用就不断增加。对运动中的能量消耗的源物质的量有了解后就可以针对性的制定运动员的饮食。

人体供能的系统有四个：糖酵解系统、糖有氧氧化系统、脂肪有氧氧化系统、磷酸原系统。近年来，人体运动时物质和能量代谢的研究已进入到代谢动力学和人体整体性的综合分析，故应用这一理论来指导训练有助于运动训练水平的提高。在体育运动中，有氧运动能力（Aerobic capacity）是指运动员以有氧代谢方式提供能量的能力，其水平的高低主要决定于氧运输系统或心脏的泵血功能和肌组织利用氧的能力。无氧代谢能力（Anaerobic Capacity），是指运动中人体肌肉的无氧代谢供能系统提供ATP 的极限能力。它有两个部分组成，即由ATP-CP分解供能（非乳酸能）和糖无氧酵解供能（乳酸能）。供给运动时能量的能源物质，主要包括糖、脂肪、蛋白质三大能源物质。

二、运动中能量供应方式

运动所需要的能量由有氧代谢和无氧代谢两种供能方式来提供，机体通过合成代谢和分解代谢等来满足机体对能量的需要。在运动中，人体不仅对外作功（外功），肌肉本身也作功（内功），因此，人体对外作的机械功运用物理学中的方法来求：

上式中m是人体的质量，g为重力加速度，h为身体质心的高度，v为身体质心的速度。肢体运动的内功可以借助高速摄影方法测定：

此式中mi为身体各环节的质量， 为身体各环节的线速度，ki为身体各环节的回转半径， 为环绕环节质心的角速度。总功即为内、外两部分机械功的绝对值的和。

三、运动中能量消耗的衡量

对能量消耗的研究，国外早在1950年Berggren和Christensen用心率监测来间接测量人总体的能量消耗（原理在于在大部分有氧工作范围内，心率和吸氧量成线性的关系，同时可以根据心率的变化估测吸氧量）。Schoeller（1986）用双标水法、能量平衡法和气体交换法来评价能量消耗[2、3、4]。从文献中可以看出，测定人体安静时和运动时能量消耗的方法较为统一，一般都采用能量的间接测定法，即首先测定身体某一时间内的耗氧量值及排出二氧化碳的量值间接地推算出能量转化的多少。在大强度递增负荷运动中，随着运动强度的逐渐增加，机体的总能量消耗逐渐增加，供能物质参与供能的比例也发生变化，糖参与供能比例逐渐增加，脂肪参与供能比例逐渐减少。这些变化与机体输出功率的增加有密切关系。但由于多种效率因素的影响，评价代谢能耗也是相当困难的。

人体的能量来源主要是通过获取食物，进行化学能的转化来提供的。人体细胞的能量来源主要有高能化合物、碳水化合物、脂肪和蛋白质等能源物质。人体最直接的供能物质是高能磷酸化合物ATP进行供能。在人体内高能磷酸化合物含量有限，每千克湿肌中约含5-7mmol，以体重为70kg的人来计算，其肌肉重量约为28kg，全身肌肉ATP的总储量约为140-196mmol（或88-123g），若以每摩尔ATP水解所释放出能量为46kj计算，则ATP的总能量储备约为6.44-9.02kj。仅能提供人体高强度运动2s左右所需的能量。那么要不断合成ATP才能提供运动肌所需要的足够能量。ATP是不断合成的，也就是每次消耗的ATP都是由非蛋白物质氧化合成的，然后直接供能。

四、小结

从以往的研究可以看出，人体运动消耗的能量测定尚没有完全突破，基本上是关于体力活动的能量消耗测定，主要也是采用气体分析法，测定单位时间内耗氧量和排出二氧化碳的量值间接计算出能量的数值。在运动中缺少一种客观、准确、可靠的测量方法，评估运动中到底会有多少的糖类、脂肪参加了有氧供能、有多少参加了无氧供能，这些评估方法还不是很清楚。尽管现在有仪器能测出能量，也有些经验回归公估算能量消耗，但是基本原理不清楚，目前也没有校验标准。

★基金项目：安康学院高层次人才科研专项。

参考文献：

[1] 石新燕，宋亮.浅谈运动生物力学教学研究中能量法的应用[J].中国科教创新导刊.2007（22）：85.

[2] Schoeller， Dale A. Eric Ravussin， Yves Schutz， Kevin J. Acheson， And Eric Jequier. Energy expenditure by doubly labeled water： validation in humans and proposed calculation. [J]. Am. Physical. 250（Regulatory Integrative Comp.Physical.1986（19）：823-830.

[3] Schoeller，D.A.，And E.VAN Santen. Measurement of energy expenditure in humans by doubly labeled water method[J]. Appl.Physical.1982.53：955-959.

[4] Schoeller，D.A.，And P.Webb.Five day comparison of the doubly labeled water method with respiratory gas exchange[J]. Am. Clin.Nutr.1984（40）：153-158.