楊 玲, 吳慶悅, 郭 瑩, 林文弢

(1.韶關(guān)學(xué)院,廣東 韶關(guān) 512005; 2.廣州體育學(xué)院,廣東 廣州 510500)

體能是運(yùn)動(dòng)員取得優(yōu)異運(yùn)動(dòng)成績(jī)的基礎(chǔ),是運(yùn)動(dòng)員的基本運(yùn)動(dòng)能力,還是運(yùn)動(dòng)員提高技戰(zhàn)術(shù)水平和創(chuàng)造優(yōu)異成績(jī)所必需的各種運(yùn)動(dòng)能力的綜合。體能的生物化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)是機(jī)體能量?jī)?chǔ)存和供應(yīng)能力。本文從運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)的角度分析運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)員技戰(zhàn)術(shù)水平的提高,使機(jī)體各器官盡快適應(yīng)外界環(huán)境,預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷,延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)壽命。機(jī)體的任何運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)員的體能。

一般來說,人體內(nèi)的ATP含量很少,只能供給0.5～0.8 s的最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)。ATP含量雖少但轉(zhuǎn)換速率快,在大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中,磷酸肌酸(CP)被立即動(dòng)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(chǔ)量也很少,一般供應(yīng)5～7 s的最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)。10～120 s的運(yùn)動(dòng)逐步動(dòng)員糖酵解供能系統(tǒng)(乳酸能供能系統(tǒng)),較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)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(chǔ)量越豐富,糖酵解和有氧氧化供能系統(tǒng)能力越強(qiáng),表現(xiàn)出來的各項(xiàng)體能就越好?？梢?運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)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(yùn)動(dòng)員的體能越好。

圖1 體能與能量供應(yīng)的關(guān)系

1.2 運(yùn)動(dòng)時(shí)能量供應(yīng)基本過程

機(jī)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(yùn)動(dòng)開始時(shí),首先由ATP直接供能,并快速動(dòng)員CP,磷酸原供能系統(tǒng)只能為高強(qiáng)度的力量與速度體能項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員提供5～7 s的能量。如60～100 m短跑、投擲、舉重等項(xiàng)目,主要靠ATP-CP供給能量。若運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)超過磷酸原供能時(shí)間,機(jī)體快速動(dòng)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(shí)合成ATP。糖酵解的高峰期一般為45 s,維持高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)為1 min左右[4]。如400 m跑、100 m游泳等無氧速度耐力體能項(xiàng)目,主要由糖酵解提供能量。當(dāng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間中、小強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí),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(shí)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10 000 m跑、馬拉松或時(shí)間超過2 min以上的中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)。

如表1所示,不同能量供應(yīng)系統(tǒng)的供能時(shí)間不同,輸出功率也不一樣[6]:磷酸原供能輸出功率最大,為50 W/kg體重;糖酵解供能系統(tǒng)輸出功率為25 W/kg體重;糖有氧氧化輸出功率為12.5 W/kg體重;脂肪有氧氧化的輸出功率最低,只有6.25 W/kg體重?？梢?應(yīng)用磷酸原供能時(shí),運(yùn)動(dòng)速度最快,力量最大,如終點(diǎn)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100 m跑的速度去跑800 m。

表1 人體三大供能系統(tǒng)特點(diǎn)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)素質(zhì)表現(xiàn)出來的人體基本的運(yùn)動(dòng)能力,是運(yùn)動(dòng)員競(jìng)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(xiàng)體能水平。不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)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(yùn)動(dòng)訓(xùn)練就是根據(jù)各供能系統(tǒng)的特點(diǎn)與規(guī)律,合理安排運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度,提高機(jī)體相應(yīng)供能系統(tǒng)的能量代謝水平和能力,提高運(yùn)動(dòng)員的體能,如表2所示。

表2 體能訓(xùn)練的生物化學(xué)基礎(chǔ)

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(diǎn),力量和速度類項(xiàng)目如短距離跑、跳躍、投擲,以及舉重、柔道、摔跤等短時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,一般采用10 s左右大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)、30～40 s間歇的訓(xùn)練[6]。10 s內(nèi)的大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng),基本是ATP-CP供給能量,30～40 s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(qiáng)度訓(xùn)練,可以有效提高運(yùn)動(dòng)員的磷酸原代謝能力。實(shí)踐中,使訓(xùn)練負(fù)荷達(dá)到最大值,將運(yùn)動(dòng)時(shí)間控制在10 s內(nèi),也可增加重復(fù)次數(shù),還可根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的特點(diǎn)調(diào)整間歇時(shí)間,組間休息一般在3～6 min,保證機(jī)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(qiáng)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(jìn)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1 min左右高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)、4～6 min休息的方法,或使運(yùn)動(dòng)員的血乳酸保持在12 mmol/L及以上濃度。運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的大量血乳酸可以提高運(yùn)動(dòng)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(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)間長(zhǎng),長(zhǎng)距離游泳、中長(zhǎng)跑、自行車、馬拉松等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)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(qiáng)度較低、時(shí)間較長(zhǎng)、無間斷的持續(xù)性訓(xùn)練方法,運(yùn)動(dòng)時(shí)間需超過項(xiàng)目比賽時(shí)間。也可采用多組間歇訓(xùn)練法,一般是4 min運(yùn)動(dòng)、6～10 min休息的多組重復(fù)訓(xùn)練。

人體運(yùn)動(dòng)時(shí)能量生成的基本過程為無氧和有氧氧化過程。這2個(gè)代謝過程與運(yùn)動(dòng)能力及專項(xiàng)相適應(yīng),即不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目要求不同的代謝過程作為其能量供應(yīng)基礎(chǔ)。運(yùn)動(dòng)過程中的能量釋放取決于運(yùn)動(dòng)負(fù)荷和時(shí)間,不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和時(shí)間有相對(duì)的代謝比例,需依據(jù)能量供應(yīng)的主要系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練設(shè)計(jì)。

3 能量代謝特點(diǎn)與專項(xiàng)體能訓(xùn)練

無論是靜止?fàn)顟B(tài)還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài),機(jī)體供能系統(tǒng)都在運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)動(dòng)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(duì)的界限。運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目不同,運(yùn)動(dòng)時(shí)間和強(qiáng)度不同,運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)中骨骼肌能順利活動(dòng),適應(yīng)不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的需求。

3.1 專項(xiàng)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(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的專項(xiàng)體能訓(xùn)練時(shí)間往往比其他運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目更短,而長(zhǎng)距離或超長(zhǎng)距離項(xiàng)目專項(xiàng)體能的訓(xùn)練時(shí)間則更長(zhǎng)。如:100 m跑專項(xiàng)體能訓(xùn)練,一般采用60 m跑或30～60 m行進(jìn)間跑;400 m跑專項(xiàng)體能訓(xùn)練往往采用200～300 m高強(qiáng)度跑,但10 000 m專項(xiàng)訓(xùn)練經(jīng)常超過10 000 m,馬拉松則采用50 km跑步訓(xùn)練。其主要原因是:100 m跑主要供能系統(tǒng)是ATP-CP,ATP-CP的供能時(shí)間為5～7 s,30 m、60 m跑的運(yùn)動(dòng)時(shí)間能保證ATP-CP供能系統(tǒng)得到訓(xùn)練,從而有效提高100 m跑專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)能力;300 m跑、

100 m跑和超馬拉松專項(xiàng)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(gè)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(shí)間也不相同。10 s大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)主要由磷酸原供能,45～60 s大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)主要是糖酵解供能。盡量避免20～30 s的高強(qiáng)度訓(xùn)練,因?yàn)?0～30 s運(yùn)動(dòng)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(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)。如提高400 m跑運(yùn)動(dòng)員的專項(xiàng)體能,應(yīng)以糖酵解供能為主,體能訓(xùn)練時(shí)單次大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)60 s左右,不可超過2 min。超過2 min的中等強(qiáng)度訓(xùn)練,一般是發(fā)展有氧代謝供能系統(tǒng)的專項(xiàng)體能訓(xùn)練。在體能訓(xùn)練過程中,應(yīng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目專項(xiàng)供能的特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的練習(xí)。

3.3 體能訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度測(cè)試與評(píng)定

乳酸是糖酵解的代謝產(chǎn)物,運(yùn)動(dòng)中血乳酸的生成量既可科學(xué)評(píng)定訓(xùn)練強(qiáng)度,又可鑒定運(yùn)動(dòng)中三大供能系統(tǒng)的供能比例,還可評(píng)定各供能系統(tǒng)的供能能力。一般來說:短時(shí)間大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)是磷酸原供能系統(tǒng)供能,供能時(shí)不產(chǎn)生乳酸,血乳酸越少,說明磷酸原供能能力越好,運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng),血乳酸越低,說明有氧氧化供能系統(tǒng)能力強(qiáng),有氧耐力好。

4 小 結(jié)

良好的體能是運(yùn)動(dòng)員取得優(yōu)異運(yùn)動(dòng)成績(jī)的關(guān)鍵。機(jī)體能量的貯量及轉(zhuǎn)換能力決定了運(yùn)動(dòng)員體能的強(qiáng)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(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)時(shí)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)員的體能、取得優(yōu)異運(yùn)動(dòng)成績(jī)提供物質(zhì)和能量基礎(chǔ)。