■李興春

有氧代謝向無氧代謝轉(zhuǎn)變機(jī)制
——以踏自行車做遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)談起

■李興春

本文通過踏自行車做遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，以20個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象在運(yùn)動(dòng)過程中血乳酸的濃度變化來表示代謝轉(zhuǎn)變強(qiáng)度，目的是研究遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中人體內(nèi)有氧代謝向無氧代謝轉(zhuǎn)變的機(jī)制。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象與具體操作方法

實(shí)驗(yàn)器材包括：M-168血?dú)夥治銎饕粋€(gè)，產(chǎn)自美國(guó)康齡公司；產(chǎn)自法國(guó)的功率自行車一輛；MODEL-23L血乳酸測(cè)試儀一個(gè)；72l-分光光度計(jì)一支；容量為5ml的日常用注射器一個(gè)；適量濃度為l000U每摩爾的肝素；實(shí)驗(yàn)用常規(guī)生化器材和試劑若干。

具體實(shí)驗(yàn)操作步驟為：第一步，測(cè)試實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)試劑的可靠性。通過試驗(yàn)對(duì)象做標(biāo)準(zhǔn)曲線運(yùn)動(dòng)來測(cè)試，具體的做法是讓受試者踏功率自行車進(jìn)行遞增負(fù)荷直至力竭，以便確定運(yùn)作過程中的代謝轉(zhuǎn)變強(qiáng)度。第二步，通過具體數(shù)據(jù)來分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。一是準(zhǔn)備工作，即實(shí)驗(yàn)對(duì)象零負(fù)荷踏功率自行車3分鐘。二是實(shí)驗(yàn)過程，即實(shí)驗(yàn)對(duì)象踏車速度為60轉(zhuǎn)每分鐘，每?jī)煞昼娫黾右患?jí)負(fù)荷，在每一級(jí)負(fù)荷之后取血樣測(cè)試血乳酸的含量；讓受試者重復(fù)踏車運(yùn)動(dòng)，每一次增加負(fù)荷都測(cè)定氧分、血乳酸和血丙酮酸的含量和濃度。三是實(shí)驗(yàn)原理，即人運(yùn)動(dòng)時(shí)體內(nèi)以有氧代謝為主時(shí)，終產(chǎn)物是水和CO2；而無氧呼吸的終產(chǎn)物主要是乳酸。在無氧呼吸的情況下乳酸隨著血管擴(kuò)散，將會(huì)導(dǎo)致血乳酸急劇增加，本實(shí)驗(yàn)以血乳酸值隨運(yùn)動(dòng)時(shí)間和強(qiáng)度增加的線性相關(guān)喪失轉(zhuǎn)折點(diǎn)為代謝轉(zhuǎn)變強(qiáng)度，從而得知遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中有氧呼吸向無氧呼吸轉(zhuǎn)變的實(shí)際機(jī)制。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

20例受試者在遞增負(fù)荷踏車運(yùn)動(dòng)中每級(jí)負(fù)荷2分鐘末取耳血平均值，通過這些數(shù)據(jù)可以看出實(shí)驗(yàn)者在代謝轉(zhuǎn)變強(qiáng)度時(shí)，其靜脈血氧分壓最低為20.80mmHg，最高值為35mmHg，平均值為28.83mmHg；血乳酸最高57.4mmol/L，最低17.90mmol/L，平均值40.28mmol/L。

相關(guān)分析表明，在代謝轉(zhuǎn)變強(qiáng)度時(shí)，血乳酸值與靜脈血氧分壓之間無顯著相關(guān)，而與運(yùn)動(dòng)者體內(nèi)的能量轉(zhuǎn)變過程有一定的相關(guān)性。此結(jié)果表明，遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中有氧代謝向無氧代謝轉(zhuǎn)變，丙酮酸在其中起了不小的作用，這一點(diǎn)與丙酮酸的性質(zhì)密切相關(guān)。眾所周知，丙酮酸不易透過肌細(xì)胞膜、容易轉(zhuǎn)變成乳酸，當(dāng)丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸擴(kuò)散到人體中，也會(huì)引起血乳酸濃度的變化。

針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論

通過實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)際數(shù)據(jù)，不少相關(guān)科技人員之間存在著矛盾的結(jié)論。其中最突出的有兩種對(duì)立觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)是遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中，隨著強(qiáng)度增大有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)變是由氧氣的供應(yīng)引起的；另一種對(duì)立觀點(diǎn)是遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中，隨著強(qiáng)度增大有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)變是由于耗能與產(chǎn)能相互轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致的。

在相關(guān)常識(shí)里，骨骼肌活動(dòng)隨強(qiáng)度的增加，消耗胞漿中ATP增多，當(dāng)消耗速率超過最大有氧氧化產(chǎn)生ATP生成速率時(shí)，胞漿中的ATP就會(huì)下降。同樣條件下，有氧呼吸與無氧呼吸產(chǎn)生的ATP在數(shù)量上有著比較大的差別，我們可以通過ATP含量來簡(jiǎn)單判斷人體內(nèi)發(fā)生的代謝方式。

在傳統(tǒng)的生物學(xué)觀念里，不少學(xué)者認(rèn)為運(yùn)動(dòng)中當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到某一時(shí)刻時(shí)，人體吸氧量就不能滿足代謝的需要而導(dǎo)致體內(nèi)缺氧，缺氧會(huì)抑制線粒體呼吸鏈的氧化磷酸化，使透出線粒體的ATP減少，結(jié)果使胞漿中ATP／ADP比值下降。本實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的靜脈血氧分壓也表明該強(qiáng)度時(shí)組織不缺氧，只是動(dòng)脈流經(jīng)組織時(shí)，沒有被最大限度利用而已。通過上述實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為在體內(nèi)不缺氧條件下的有氧呼吸和無氧呼吸轉(zhuǎn)變機(jī)制存在兩種可能性：第一，暫時(shí)清除丙酮酸，防止因反應(yīng)加快產(chǎn)物堆積而引起對(duì)該酶促反應(yīng)速率的抑制作用。通過轉(zhuǎn)變成乳酸擴(kuò)散人血來緩解，實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步證實(shí)了這一點(diǎn)。第二，丙酮酸通過轉(zhuǎn)變成乳酸把胞漿中NADH及時(shí)氧化成NAD+，以保證糖酵解途徑的暢通，這兩點(diǎn)保證了糖酵解過程AFP生成速率與該運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度消耗ATP速率的匹配關(guān)系。

結(jié)論

由于代謝轉(zhuǎn)變機(jī)制的存在，運(yùn)動(dòng)過程有氧產(chǎn)能并不是完全與耗能保持一致，而是存在一定時(shí)間上和數(shù)量上的差異；丙酮酸的堆積對(duì)產(chǎn)能過程有一定的抑制作用，為了保證人體在運(yùn)動(dòng)過程中耗能得到及時(shí)補(bǔ)充，部分丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸。由此可見，負(fù)荷運(yùn)動(dòng)過程中有氧代謝向無氧代謝轉(zhuǎn)變是耗能與產(chǎn)能的調(diào)配過程，事實(shí)上與運(yùn)動(dòng)者是否處于缺氧狀態(tài)無關(guān)。

[1]趙亮．不同遞增負(fù)荷實(shí)驗(yàn)方案對(duì)自行車運(yùn)動(dòng)員有氧能力評(píng)定結(jié)果的對(duì)比分析[D]．首都體育學(xué)院，2008

[2]梁月紅，吳史慧，張艷亮，王鳳陽(yáng)．青年男子跑臺(tái)遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中血液丙酮酸、乳酸動(dòng)態(tài)變化研究[J]．廣州體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（1）

（作者單位：裝甲兵工程學(xué)院軍政部體育室）