递增负荷运动中有氧代谢向无氧代谢转变的机制探讨

递增负荷运动中有氧代谢向无氧代谢转变的机制探讨 递增负荷运动中有氧代谢向无氧代谢转变 的机制探讨 中国临床康复2002年8月第6卷第l5期ChineseJournalofClinicalRehabilitati.,!,!:!!:! 递增负荷运动中有氧代谢向无氧代谢转变的机制探讨 王凤阳,吴爱群.,高家平(1.河北师范大学体育学院,河北石家庄050016;2,石家庄铁路中心医院) 摘要:目的研究运动中体内的糖代谢由有氧氧化向糖酵解 转变的机制问题.让l5例受试者做自行车递增负荷运动确 定代谢转变强度.结果在代谢转变为强度时,血乳酸值与静脉氧 分压无关,与丙酮酸值显着相关.结论运动中有氧产能过程与当 时耗能过程不匹配是代谢转变机制的原因;而丙酮酸转变成乳酸 足为了防止其堆积对糖酵解产能过程的抑制作用,以保证其快速 供能.与缺氧与否无关. 关键词:糖酵解代谢;丙酮酸;血乳酸;氧分压;运动强度 长期以来认为运动中引起代谢发生转变的原因是缺氧.进入 20世纪80年代后,一系列研究明,当代谢方式由有氧代谢向无 氧代谢转变时,体内并不缺氧.从而对无氧阈概念的准确性提出了 质疑.如果说不缺氧,糖的有氧氧化向糖酵解转变的动因是什么? 丙酮酸为什么转变成乳酸?它的转变机制是什么?这些无疑是一 个重大的理论问题.现从该出发点实验,以实验结果分析提出 新的假说来探讨其机制,为今后深入研究提供有意义的资料. l对象与方法 1.1对象受试者为l5例体育专业本科学生(男),体重为(58? 4)kg;身高为(175.4-6)cm;年龄(21.4-2)岁;运动员等级1,3级. 1.2方法仪器:美国康龄公司M一168血气分析器,瑞典 MONARK一8l8型功率自行车;美国MODEL一23L血乳酸测试仪;国 产72l一分光光度计;注射器为5ml;肝素浓度为l000U/ml:常 规生化器材和试剂;测试前做曲线以试方法和试剂的可靠 性.(1)确定代谢转变强度:让受试者踏功率自行车进行递增负荷 直至力竭性运动.(加负荷前,零负荷踏车3min为准备活动)每一 级负荷踏车速度为6o转/rain,每2min增加一级负荷(2kg)每一 级负荷2min末取耳血0.02ml测血乳酸.以血乳酸值随运动时间 和强度增加的线性相关丧失转折点定为代谢转变强度.因为体内 以有氧代谢为主时,终产物是水和CO2;当转变成糖酵解为主时. 终产物是乳酸,乳酸扩散入血,使血乳酸急剧增加.(2)让受试者重 复踏车运动:在确定后的代谢转变强度下以及该强度后2min末 和负荷踏车前分别3次取前臂肘静脉血3ml.来测定氧分,血乳 酸和血丙酮酸等. 2结果 l5例受试者在递增负荷踏车运动中每级负荷2min末取耳血 平均值,明显反映出了血乳酸转折点所对应的代谢转变强度. l5例受试者在代谢转变强度时,其静脉血氧分压,最低为 20.80mmHg,最高值为35mmHg:平均值为28.83mmHg,血乳酸 最高57.4mmol/【.'最低17.90mmol/L,平均值40.28mmol/L.相 关分析表明,在代谢转变强度时,血乳酸值与静脉血氧分压之间无 显着相关(r:一0.205.P>0.05). 在代谢转变强度时,血乳酸值(40.28?12.49)mmol/L与血 丙酮酸值(1.141?0.31)mmol/L之间有极高度显着性差异(P< 0.001);而加负荷前丙酮酸均值(0.936?0.16)mmol/L与代谢转 变强度丙酸均值(1.141?0.31)mmol/L时,丙酮酸之间无显着性 差异(P>0.05);此结果表明丙酮酸不易透过肌细胞膜,它通过转 变成乳酸扩散人血来防止因代谢加快而出现的丙酮酸堆积. 3讨论 递增负倚运动中,随着强度增大到某一时刻时,糖代谢由有 基金项目:河北省自然科学基金资助项目(302145) ? 2279? ? 运动医学? 氧氧化为主过渡到糖酵解为主,以保证对该运动强度的供能匹 配….众所周知,一分子葡萄糖经酵解途径可净生成2分子ATP, 而经有氧氧化途径可净生成38分子ATP(速率慢);糖酵解的快速 供能,只有通过加快该酶促反应的循环速度来实现.骨骼肌活动随 强度的增加,消耗胞浆中ATP增多,当消耗速率超过最大有氧氧 化产生ATP生成速率时,胞浆中的ATP就会下降.结果使ATP/ ADP比值下降,糖酵解限速酶受到激活,致使糖原的利用及酵解 速率增加.过去一直认为,运动中当强度达到某一时刻时,人体 吸氧量就不能满足代谢的需要而导致体内缺氧,缺氧会抑制线粒 体呼吸链的氧化磷酸化,使透出线粒体的ATP减少,结果使胞浆 中ATP/ADP比值下降.许多学者报道了乳酸积蓄时体内不缺氧 的证据.本实验所测得的静脉血氧分压也表明该强度时组织不缺 没有被最大限度利用而已. 氧,只是动脉流经组织时. 递增负荷运动中体内代谢方式由有氧代谢向无氧代谢转变, 必定存在着一个引起代谢转换的"阈".该阈值所对应的运动强度 是衡量有氧工作能力高低的标志『3-.引起代谢转换的动因应该 从肌肉做功耗能与肌肉代谢产能的匹配关系上找原因.因为3种 能量系统的输出功率不同,分别满足不同强度的运动需要在递增 负荷实验中,随负荷增加,开始时有氧工作能力逐渐提高,当随负 荷增加到最大有氧能力限度时,即有氧供能途径的产能速率达到 最大时,仍不能满足该强度的需要时,必然使代谢方式发生改变, 被更快的供能方式取代,以保证耗能与产能过程的平衡. 体内一旦启动糖酵解供能为主时,就会对线粒体内有氧氧化 过程起抑制作用(反巴土德效应或克奈特瑞Crabtree效应),其结 果必然使胞浆内这一反应过程的产物丙酮酸以数十倍的速度产牛 并堆积,破坏了线粒体氧化丙酮酸能力的甲衡关系mJ丙酮酸是 转变成乳酸?还是进入线粒体,这是糖酵解与糖有氧氧化代谢的分 界.丙酮酸转化成乳酸足一步还原反应,不直接生成ATP.那为什 么还要转变呢?本文作者认为在体内不缺氧条件下的转变机制r 能有两点:第一,暂时清除丙酮酸,防止因反应加快产物堆积而引 起对该酶促反应速率的抑制作用.通过转变成乳酸扩散人血来缓 解,实验结果初步证实了这一点.第二,丙削酸通过转变成乳酸把 胞浆中NADH及时氧化成NAD',以保证糖酵解途径的畅通,这两 点保证了糖酵解过程AFP生成速率该运动强度消耗ATP速率 的匹配关系. 参考文献: 【1】乔奇A布鲁克司,汤姆士D法哈.运动生理学【M】.杨锡}译. 北京:北京体育学院出版社,1988:l】6—131. 【2】杨锡让.实用运动生理学【M】.北京:北京体育大学出版社, 1994:138—154. 【3]王风阳.关于无氧阈概念与机制的探讨【JJ.中国运动医学杂志 2002.21(1):110—112. 【4]邢华城.无氧阈的回顾和今后研究的方向【JJ.中国运动医学杂 志.1986.5(4):17—20. 【5]杨锡让,傅浩坚.运动生理学进展——质疑思考【M】.北京:北 京体育大学出版社,2000:313—315. 【6]BROOKSGA.Anaerobicthreshold:reviewoftheconceptanddiss— cusionforfutureresearch【J】.MedSciSportsExercise,1985,17{1): 22—34. 【7]SKINNERJS.Thetransitionfromaerobictoanaerobicmetabolism【J1. ResQua.Exercisesport,1980,51(1):234—248. 【8]北京医学院.生物化学【M].北京:人民】!生出版社,l978:106—119. 【9]许豪文,冯炜权,王元勋.运动生物化学【MJ.北京:高等敦育出 版社.1998:49. 【10]曲绵域.实用运动医学【MJ.北京:北京科学技术出版社,1996:23. (收稿El期:2002—04—27)(编辑:谭世农)