运动时的能量转换

人体就像是一台机器，需要能量才能让这部机器发动运作，而人体所需要的燃料就是我们所吃下的食物，经由消化系统处理过之后，将其中的营养成分经过一连串的代谢过程转变成人体细胞所需的能量形式── 三磷酸腺苷 （ ATP , Adenosine Triphosphate）。为了维持生命，身体器官会不断地运作，所以人体一天24小时都在消耗能量，不过，激烈运动时所需的能量当然较静态活动时高出许多，甚至达200倍左右，因此运动时身体必须快速因应才能提供足够的能量。

人体运动时需要大量能量。 ©FitStar

人体在运动时，是经由肌肉收缩所达成，而肌肉收缩所需要的能量，来自于储藏在肌肉里的ATP分解为ADP（二磷酸腺苷）时所产生。但是存在于肌肉细胞中的ATP却非常有限，大约在2~3秒就会被耗尽，为了让运动能继续进行，身体会经由其他代谢路径来不断提供ATP给细胞使用，这些路径包括：(1)经由磷酸肌酸（Phosphocreatine, PC）的分解来重新合成；(2)将糖类经由「糖解作用 (ycolysis)」产生；(3)将糖类、脂肪与蛋白质经由氧化作用代谢形成。

运动时的三种能量系统 1 ATP-PC系统：爆发性/大功率/极短时间

ATP-PC系统 或 磷化物系统 是人体制造ATP最快速的方式，当肌肉细胞内的ATP被分解，同时间原本储存在肌肉细胞内的 磷酸肌酸 （ Phosphocreatine , PC ）会借由 肌酸激酶 （Creatine Kinase）的催化分解为肌酸及磷酸，同时也会释放出能量，而这过程产生的能量则可以帮助ADP重新合成为ATP。不过，因为储存在肌肉中的ATP或PC的数量不多，故此系统所产生的ATP主要是提供于运动初始时或是10秒内完成高强度运动的能量来源，例如：短跑冲刺、挥棒击球、挥拳等等。

ATP-PC系统 2 乳酸系统：中等功率/短时间

乳酸系统 （Lactic Acid System）是肌肉细胞中ATP与PC将耗尽且运动需持续进行时会启动的能量系统，简单来说是将葡萄糖或肝糖经由糖解作用分解为 丙酮酸 （Pyruvic Acid）或 乳酸 （Lactic Acid），此作用同时会产生ATP供应身体所需。 不过，糖解作用是一个极为繁复的流程，肌肉中的糖类经由多阶段的分解成为丙酮酸来产生肌肉所需的能量，而且会先消耗ATP，再获得更多ATP。另外，在糖解作用中会产生一对氢原子，由细胞中的 菸碱酰胺腺嘌呤二核苷酸 （Nicotinamide adenine dinucleotide, NAD，辅酶的一种）来接收，还原成为NADH。当运动强度提升，需要快速且大量产生ATP供肌肉使用时，糖解作用必须加速进行，大量氢原子被产出，若细胞内的NAD不足时，还原态的NADH会借由乳酸脱氢酶（Lactate dehydrogenase, LDH）的催化，将一对氢原子转给丙酮酸而形成NAD，得到氢原子的丙酮酸因而还原成为乳酸，因此这个过程被称为乳酸系统。 由于乳酸系统与ATP-PC系统过程中都不需氧气的参与，因此两者又合称为 无氧系统 。另外，存在于体内的上述物质都有限，乳酸系统大约30秒就会完全耗尽。

乳酸系统 3 有氧系统：低功率/长时间

有氧系统 （Aerobic System）是身体将所摄取的碳水化合物、脂肪与蛋白质经过消化分解，并经过一连串的代谢作用之后，产生能量来帮助ATP的合成，因为过程中有氧参与故名。在糖解系统中产生的丙酮酸与血液中的脂肪酸，进入至细胞粒线体中的「 柠檬酸循环Citric Acid Cycle 」（又名 三羧酸循环 Tricarboxylic Cycle 或 克氏环 Kerbs Cycle ）来产生ATP，因为过程复杂，因此需要花费较长时间。 从事的运动强度较低时，ATP会以较慢的速度被消耗，因此也会有较为充裕的时间进行ATP的再合成，只要能充分地供给氧气，并摄取足够的糖类、蛋白质与脂肪，就能长时间持续地供应身体运动所需能量。此系统在进行长距离跑步、快走等运动中较为活跃。

有氧系统

虽然人体以上述三种系统产生能量供应肌肉使用，不过三种系统并非绝对分割的状态，也就是说，在进行任何一种运动，有可能是以其中一种系统为主，但身体中其他两种系统可能同时也会进行少量的产出。

肌肉收缩消耗的能量主要是由糖原在细胞的细胞质的线粒体里面进行氧化分解成二氧化碳和水，很多系统都有参与，比如消化系统，吸引系统，能量系统等等，当糖内分解成葡萄糖，通过全身的体液运输到全身肌肉的细胞，然后细胞膜会吸收糖原，最后在细胞质里面转化成能量，提供给我们的肌肉组织，这样人体才会产生各种动作。

1、缩短收缩（向心收缩）

特点：张力大于外加阻力，肌长度缩短。

作用：是肌肉运动的主要形式，是实现动力性运动的基础（如挥臂、高抬腿等）。

（1）等张收缩

外加阻力恒定，当张力发展到足以克服外加阻力后，张力不再发生变化。但在不同的关节角度时，肌肉收缩产生的张力则有所不同。在关节运动的整个范围内，肌肉用力最大的一点称为“顶点”。在此关节角度下，骨杠杆效率最差。

如：推举杠铃， 关节角度在120°时肱二头肌收缩张力最大，关节角度在30°时肱二头肌收缩张力最小。

最大等长收缩时，只有在“顶点”即骨杠杆效率最差的关节角度下，肌肉才有可能达到最大收缩。而在其他关节角度下，肌肉收缩均小于自身最大力量。

在整个关节活动的范围内，肌肉做等张收缩时所产生的张力往往不是肌肉的最大张力。

（2）等动收缩

在整个关节活动范围内，肌肉以恒定速度进行的最大用力收缩。但器械阻力不恒定。

等动练习器：

在离心制动器上连一条尼龙绳，由于离心制动作用，扯动绳子越快，器械产生的阻力就越大。

特点：器械产生的阻力与肌肉用力的大小相适应。

等动收缩的优点：

外加阻力能随关节活动的变化而精确地进行调整，使肌肉在整个关节活动范围内都能产生最大的肌张力。

2、拉长收缩（离心收缩）

特点：张力小于外加阻力，肌长度拉长。

作用：缓冲、制动、减速、克服重力。

如：蹲起运动、下坡跑、下楼梯、从高处跳落等动作，相关肌群做离心收缩可避免运动损伤。

3、等长收缩

特点：张力等于外加阻力，肌长度不变。

作用：支持、固定、维持某种身体姿势。其固定功能还可为其他关节的运动创造适宜条件。

如：站立、悬垂、支撑等动作。

4、三种收缩形式的比较

（1）力量：收缩速度相同情况下，离心收缩产生的张力最大。（比向心收缩大50%，比等长收缩大25%）

（2）代谢：输出功率时，离心收缩能量消耗低，耗氧量少。

（3）肌肉酸痛：离心收缩疼痛最显著，等长收缩次之，向心收缩最轻。