短跑运动的能量供应特点及能源物质变化分析

摘 要: 本文对短跑运动的能量供应特点进行了科学的分析, 阐述了短跑运动能量供应情况,以及短跑项目运动中人体内主要能源物质的变化情况,旨在为短跑训练提供生化依据。

关键词: 短跑运动 能量供应特点 物质变化

短跑是径赛项目中距离最短、速度最快、运动强度最大的项目,主要包括60米、100米、200米和400米。决定短跑运动成绩提高的因素很多,涉及运动生理学、运动生物化学、运动生物力学和运动训练学等诸方面。不论进行径赛中哪个项目,人体体内的供能系统都起着决定性的作用。文章着重从能量供应的特点,以及短跑项目运动中人体体内主要能源物质变化情况方面运用生化原理进行分析和探讨,以期为短跑训练提供生化依据。

1.径赛项目的能量供应特点

不同径赛项目,由于其强度和持续时间,以及技术结构等的不同,三种能量系统在不同的项目中所占的比例也各不相同。如短跑中磷酸原系统供能占80%,短跑在短短几秒内就要达到最大速度,人体肌肉全身被动员,需要大量的能量,因此在短跑中主要以磷酸原系统供能实现运动所需能量。中跑需要良好的速度素质。在运动开始阶段,由于运动强度小,能耗速率低,有氧氧化系统能量输出满足其需要,故主要由糖的氧化分解供能。随着运动员负荷的逐渐增大,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,则导致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。无氧供能系统包括磷酸原系统和乳酸能系统,因磷酸原系统维持供能时间很短,一个体重为70kg的人竭尽全力运动时,依靠磷酸原系统供能所能支持的时间只有7.5s,所以此时主要是乳酸能系统供能,直到力竭。长跑乃至超长跑属于中低强度的长时间有氧耐力运动,该项目运动由于持续时间长,能量消耗极大,运动强度一定要适应最大有氧供能能力的范围。运动的前期以启动糖有氧氧化供能为主,后期则随着糖的消耗程度的增加而逐渐到利用脂肪氧化供能为主。由于脂肪氧化的耗氧量大、动员慢、能量输出功率小于糖有氧氧化供能等特点,因此脂肪的动用只能在运动中后期出现,但在后期的加速、冲刺阶段,仍动用糖来供能。

2.短跑运动的能量供应特点

机体利用能量的方式,是将食物中的糖类脂肪和蛋白质等在体内进行氧化时所产生大量化学能,以高能键的形式先贮存在三磷酸腺苷(ATP)分子中,需要时,再由ATP分子中释放出来并转换成各种形式的能量。短跑包括60米、100米、200米和400米,由于它们的距离不同,运动强度的持续时间不同,因此体内所需的能量供应形式也各不相同。

2.1 60米、100米短跑主要由ATP-CP系统供能。

此项目是短距离的典型代表,它强度大,持续时间短,其供能形式以无氧氧化供能为主。ATP供能和CP储备及其相互间的代谢能力是高速跑的生物化学基础。供能输出功率的差别在运动速度上有明显的表现,100米跑后程速度出现明显的降低,提示运动供能的物质发生了相应的改变,其能量来源已从磷酸原系统为主逐步向糖酵解供能过渡。由此可见,100米跑的速度规律与其能量供应有着密切的对应关系,要提高100米跑的运动成绩,关键是要提高体内磷酸肌酸的含量,最大限度地延长ATP-CP系统的供能时间,糖酵解系统供能的比例则应当尽量减少,才能提高100米运动成绩。

2.2 200米、400米短跑主要由糖酵解供能系统供能。

当人体全力运动30―40秒时,糖酵解的输出功率可达到最高点,此时供能量最大,更有利于肌肉快速运动能力的发挥。因为糖酵解的整个供能过程,是在不需要氧的情况下而产生乳酸和能量,供ATP-CP系统合成。对400米跑来说仅靠ATP、CP分解供能是不够的,必须依靠肌糖原在无氧情况下的酵解供能,即由肌糖原分解为乳酸合成ATP的方式供能。肌糖原无氧分解的产物是乳酸,乳酸很快进入血液,引起血液中pH值降低。这种酸性血液对肌肉、神经中枢、心脏都产生不良影响,导致工作能力下降。而增加有氧代谢训练,则能增加心脏机能,加速血液循环,提高呼吸和循环系统的机能,提高肌体消除乳酸的能力。

3.短跑运动中人体内主要能源物质变化分析

3.1肌肉活动的直接能源(ATP)。

人体内贮存的能源物质,一般可分为非磷酸化合物(糖、脂肪、蛋白质)和高能磷酸化合物(三磷酸腺营和磷酸肌酸)两类。这两类物质在供能过程中是互为联系、互为影响的。生物化学家认为,三磷酸腺营是肌肉活动的唯一直接能源。当肌肉活动时,最先供给肌肉收缩的能源是由三磷酸腺苷(ATP)在三磷酸腺苷酶的催化下分解为二磷酸腺苷(ADP)和无机磷(Pi),同时释放能量,使横桥反复摆动,牵动肌丝滑动,使肌纤维缩短,以完成机械功。这一反应的特点是非常迅速及时,且不需要氧,在急需时将能量转成为ADP再合成ATP是一种应急能源。然而,肌肉中CP的数量也很有限,据研究,CP和ATP之比例为1∶3,在肌肉剧烈工作时,仅能维持运动5―7s,有人估计,CP和ATP加在一起所释放的能量为6―8s,有训练者,肌肉中ATP和CP含量稍多,可维持剧烈运动10s左右。

3.2肌糖元的酵解。

当持续运动时间在10s以上且强度很大时,其所需能量已远远超出高能磷酸化合物的供应量,同时机体供氧不足,运动中所需ATP再合成的能量,主要依靠糖酵解来提供。肌糖元酵解为乳酸,同时释放能量,由ADP接受再合成ATP,其中一部分能量还可供CP再合成。在氧供应充足时,1/5乳酸可继续氧化放能,供其余4/5乳酸在肝中重新合成糖元。由于乳酸是一种强酸,在体内积累过多,致使肌肉收缩力下降,因此糖酵解供能的时间也只能维持30―40s。尽管糖酵解产生的能量很少,但对于严重缺氧状态下剧烈运动的继续进行是有重要意义的。

4.结语

人体在运动时能量的供应过程可分为无氧代谢和有氧代谢两部分,当吸氧量能满足需氧量时,人体即以有氧氧化供能。凡是强度小、持续时间长的运动,如长跑和长距离游泳,均以有氧代谢供能为主;当吸氧量不能满足需氧量时,产生氧债,这时就依靠无氧代谢供能。凡是强度大、持续时间短的运动,如短跑(10Om、200m)均以无氧代谢供能为主。虽然在短跑项目中都以无氧代谢供能为主,但不同距离的供能系统也有较大区别。沃尔科夫的研究证明,在100米跑中,主要是高能磷化合物(ATP、CP)分解供能(约占81%),小量是由糖酵解供能(约占16%);而在400米跑中糖酵解供能占优势(约占84%),血乳酸含量也最多,可达30mm01/L。上述分析说明100米跑是以非乳酸能为主的运动项目,400米跑是以乳酸能为主的运动项目。当我们掌握了能量代谢的基本过程和短跑训练的供能特点之后,就可以选择最适合于发展该能量供应的训练方法。

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