[原创]自行车运动能量代谢及能源物质的补充

酉酉的爹

本人以“酉酉的爹”为ID在各大自行车论坛注册至今也有一段时间了，看到论坛中很多车友贡献了很多真知灼见，分别从自行车装配，骑行经验，维修技巧等一些角度发表了很多精华帖。认真仔细阅读之后发现也有一些有关自行车运动营养与疲劳恢复的文章，但是以转贴居多，原创较少，而且部分文章所转载的均为自行车运动员的营养补充，试问在各大论坛活跃的车友有几人是属于自行车运动员这个职业呢，那么这样的转贴对于普通的自行车爱好者来说仅从学习知识的角度来说有些借鉴，从使用上来说并无多少现实意义。

本人也是一个自行车运动爱好者，水平不行但心气挺高，在自己经济和体力容许的范围内也稍微追求一些自行车的配置和骑行的速度，但主要目的是通过自行车为工具和载体：一是锻炼身体、二是游山玩水。本人从事和学习的专业正好与广大车友所关心的部分问题有些相关，在工作和学习之余尽自己的能力给大家写些东西，以期能够给车友提供有益的参考和借鉴。

看了一些内容，觉得车友比较关心的主要问题还是在骑车的整个过程中（运动前，运动中，运动后）如何进行能量补充，简单的说也就是吃什么食物最好，或者说服用什么运动营养补剂。

说到补充就必须先要说代谢，也就是说要明白每次骑行的过程中能量是如何分解供能的。这部分知识如果用专业的术语来说就是“运动中的能量代谢”。那么要明白能量是如何代谢的，就得明白能源物质是如何转化供能的。但是不同的运动强度能量的代谢过程也不相同，那么补充的方法也不一样。

本来想用一篇文章把这个问题说清楚，但是在写作过程中发现，如果没有系统的知识，让普通人来理解专业知识难免有些牵强。所以在完成整个文章之后，我把它分成了这样几个部分，前后有一定的连贯性。阅读时最好从前到后，否则可能一知半解，或者干脆一头雾水。

一、机体的能量供应系统

三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，简称ATP）是肌肉活动唯一的直接能源。ATP贮存在细胞中，其中以肌细胞（肌纤维）为最多。ATP由一个称为腺苷的大分子和三个较简单的磷酸根组成，后两个磷酸根上有“高能键”，键上贮有大量化学能，故ATP这类化合物又称为高能磷化物。结构简式表示为A-P～P～P 其中A表示腺苷,T表示三个 ,P表示磷酸,“～”表示高能磷酸键,其断裂时释放出较多的能量,比普通的化学键断裂放出的能量多2--3倍，所以叫高能化学键。高能化学键很易断裂，断裂后，ATP转化为ADP，使细胞做功或完成其生理功能。

ATP=ADP＋Pi＋能量

肌肉活动时，贮存在肌纤维中的ATP在ATP酶的催化下迅速分解为二磷酸腺苷（ADP）和无机磷（PI），释放出能量，牵动肌丝滑动，使肌纤维缩短，完成做功。但肌肉中ATP的储量十分有限，但由于ATP在消耗的同时，又不断再合成，其水解过程几乎总是和再合成过程紧密结合在一起的，实际上就是边分解边合成，这样才能不断满足肌肉活动的需要，使活动得以持久。

简单的说，ATP是能量的直接供应形式，或者说他是整个化学反应的最后一个环节。人体内的能源物质，糖、脂肪、蛋白质都参与在整个化学反应中，但是都不可以直接供能，也就是说你有原油还不行，你还得把它加工成汽油，它才是发动机运转需要的能源物质。

一般我们说再合成运动所需要的能量，也就是把原油转化成汽油，主要有三大供能系统，也可以说是三个来源：一是ATP-CP供能系统（磷酸肌酸分解供能）；二是乳酸供能系统（糖原酵解生能）；三是有氧供能系统（糖、脂肪、部分蛋白质氧化供能）。

下面来解释一下三个系统。

第一、ATP-CP供能系统（磷酸肌酸分解供能）

磷酸肌酸的分解。磷酸肌酸（简称CP）是贮存在肌纤维中与ATP紧密相关的另一种高能磷化物，分解时能放出大量能量。当肌肉收缩且强度很大时，随着ATP的迅速分解，CP也迅速分解释放能量，以使ADP和PI合成ATP。肌肉在安静状态下，高能磷化物以CP的形式积累，故肌细胞中CP的含量约为ATP的3－5倍。尽管如此，其含量也是有限的，CP全部分解时只能维持数秒钟的剧烈运动，必须有其它供应ATP再合成的能量才能使肌肉活动持续下去。CP供能使ATP再合成的重要意义，不在其含量，而在其快速可动用性。由于CP既能迅速分解释放能量，又不需氧、不产生乳酸，故它与ATP一起在供能系统中称为磷酸原系统（ATP－CP系统）。

第二、乳酸供能系统（糖原酵解生能）

糖酵解是以肌糖原为原料，在把葡萄糖分解成乳酸的过程中生成ATP。所产生的乳酸在氧供应充足时，一部分在线粒体中被氧化生能，一部分合成为肝和糖原等。乳酸是一种强酸，在体内积聚过多会破坏内环境的酸碱平衡，使肌肉工作能力下降，造成肌肉暂时性疲劳。因此，依靠糖原无氧酵解供能也只能使肌肉工作持续几十秒钟。无氧酵解供能时，不需要氧，但产生乳酸，故称乳酸能系统。乳酸能系统的重要意义是在缺氧情况下仍能产生能量，以供体内急需。通俗的讲，乳酸生成方式是“应急之需”，它可以在氧气不充足的情况下满足ATP快速的再合成。

第三、有氧供能系统（糖、脂肪、部分蛋白质氧化供能）。

虽然磷酸原系统和乳酸能系统在运动过程中都能快速提供一定的、甚至大部分的能量，而且不需要氧，但是以前面所说的两种系统供能方式合成的ATP数量非常有限，并且ATP和CP的最终合成以及糖酵解产物乳酸的消除却要通过有氧氧化来实现。所以，肌肉活动所需能量的最终来源是糖和脂肪（也许还有蛋白质）的有氧氧化，而糖和脂肪又来自食物。

糖和脂肪的有氧氧化。当运动中氧的供应能满足氧的需要时，运动所需的ATP即主要由糖、脂肪的有氧氧化来供能。有氧氧化能提供大量的能量，从而能维持肌肉较长的工作时间。例如，由糖原产生的葡萄糖有氧氧化所产生的ATP为无氧糖酵解的13倍。这种有氧氧化供能称为有氧氧化系统。

这里要注意，三种系统最终的目的都是产生ATP供应能量。

知道了能量供应的方式还不行，你还得知道运动的强度，因为不同的能量供应方式是和你本人所进行的运动强度相结合的。我们平时经常听说无氧运动和有氧运动，那么究竟是怎样的过程呢。下面第二个部分来解决这个问题。

酉酉的爹

二、不同运动强度下供能系统如何提供能量

首先我们先得搞清楚，强度是如何定义的。自行车骑行时的强度对大家来说并不陌生，但是大家的强度一般来说都是通过码表所表现出来的，而普通码表所传递的信息最多的只是总里程和总时间，以及平均速度等大家比较熟悉的数据。这些数据不能真实的反应你运动过程中。

平时我们经常听说无氧运动，有氧运动。准确地讲，无氧运动叫做无氧代谢运动，有氧运动应当叫做有氧代谢运动。但是这两种代谢方式是你中有我，我中有你，只是每种运动形式所占比例不同而已，所以现在我们也能够看到混合氧运动的提法，实际上运动代谢的方式都是无氧代谢和有氧代谢相结合的，只不过是哪种形式占优势，占主导。

1、有氧运动还是无氧运动，并不是简单地根据运动项目来划分，而是按照运动时肌肉收缩的能量是来自有氧代谢还是无氧代谢而区别的。

人在利用氧气的过程中，有一个相当大的时间差，这个时间差就决定了剧烈的、短时间的运动成为了无氧运动。而当你运动的时间足够长时，氧气已经溶入到细跑中，身体内的葡萄糖得到了充分的“燃烧”，从而转化为新的能量，这样的运动就是有氧运动。

无氧运动是指肌肉在“缺氧”的状态下高速剧烈的运动。无氧运动大部分是负荷强度高、瞬间性强的运动，所以很难持续长时间，而且疲劳消除的时间也慢。无氧运动的最大特征是：运动时氧气的摄取量非常低。由于速度过快及爆发力过猛，人体内的糖分来不及经过氧气分解，而不得不依靠“无氧供能”。这种运动会在体内产生过多的乳酸，导致肌肉疲劳不能持久，运动后感到肌肉酸痛，呼吸急促。

高强度、大运动量、短时间内的运动项目一般都是以无氧代谢为主的运动，常见的以无氧代谢为主的运动项目有：举重、投掷、跳高、跳远、拔河、肌力训练等、100米、200米短跑、50米，100米游泳、俯卧撑、快速仰卧起坐、单杠和双杠运动等。再比如你在和车友在没有危险的公路上比赛速度，距离很短，500米左右，也是以无氧供能为主。

这种代谢方式中以第一部分我们所提到的ATP-CP供能系统（磷酸肌酸分解供能） 和乳酸供能系统（糖原酵解供能）为主。

人体预存的ATP能量只能维持10－20秒，跑完100米后就全部用完，跑200米时后面的100米，必须由血糖在无氧状态下迅速合成新的热能物质ATP来提供能量，其副产品是乳酸。

血糖(淀粉)无氧分解所提供的能量，也只能维持40秒左右，跑完400米后就全部用完。跑800米时，后面的400米，必须由血糖、血脂肪酸和血氨基酸在有氧状态下合成新的热能物质ATP来提供能量。而血糖由淀粉分解后供应，血脂肪酸由脂肪分解后供应，血氨基酸由蛋白质分解后供应，这整个过程需要氧气供给，也就是靠氧气燃烧淀粉、脂肪和蛋白质来生产热能物质ATP，供应后段运动所需的热量，这后段的运动就是有氧运动。

2、有氧运动也叫做有氧代谢运动，是指人体在氧气充分供应的情况下进行的体育锻炼。有氧运动的好处是：可以提升氧气的摄取量，能更好地消耗体内多余的热量。也就是说，在运动过程中，人体吸入的氧气与需求相等，达到生理上的平衡状态。它的特点是强度低、有节奏、持续时间较长。这种锻炼强度下，氧气能充分氧化体内的糖分，还可消耗体内脂肪，增强和改善心肺功能，预防骨质疏松，调节心理和精神状态，是健身的主要运动方式。

燃烧在多数情况下需要氧气的参与，同样，人类在运动中也要燃烧燃料，人类的“燃料”是糖类、蛋白质和脂肪。人类的这些“燃料”都储存在人体的细胞中，当你运动时，就会消耗这些“燃料”以获得动力。与发动机燃烧汽油一样，人类在燃烧“燃料”（即氧化）的时候也需要氧气助燃。人们在运动时大口大口地呼吸，使空气中的氧气通过肺泡进入到血液循环系统之中，然后随着动脉血流向全身的组织细胞中，这是一个漫长的过程。

低强度、长时间的运动，基本上都是有氧运动，比如，走步、慢跑、长距离慢速游泳、骑自行车、跳舞等。

这种运动状态下主要以有氧供能系统（糖、脂肪、部分蛋白质氧化供能）为主。

3、有氧运动也是有强度划分的，在学术领域中，有氧运动的强度是按照最大吸氧量来划分的。最大吸氧量是指人体在进行有大量肌肉参加的长时间激烈运动中，心肺功能和肌肉利用氧的能力达到本人极限水平时，单位时间所能摄取的氧气量称为最大吸氧量，通常以每分钟为计算单位。最大吸氧量反映机体氧运输系统的工作能力，是评价人体有氧工作能力的重要指标之一。最大吸氧量有两种表示方法：绝对值和相对值。一般情况下使用相对值表示最大吸氧量。

最大吸氧量的测定有两种方法：直接测定法和间接推算法。

吸氧量的直接测定方法较为复杂，仪器设备昂贵，不易普及。测定最大吸氧量所采用的运动负荷十分剧烈，也不易被一般人所接受，对体弱又少活动的人、中老年人、以及有某些慢性疾病的人来说更不适宜。因此，研究者都探索间接测定最大吸氧量的方法。这里给大家推荐一种非常简便的方法，准确率相对来说还可以接受，就是大家比较熟悉的12分钟跑测试。简单说就是谁跑的距离长谁的最大吸氧量就高，说明他有氧代谢能力强。

那么明白最大吸氧量之后，我们仍然无法和我们的运动结合，道理很简单，你没有监控的指标来反应你当前在什么一种状态。那怎么办呢，其实有个最简单的指标：心率。

研究者发现心率是能够和运动过程中的强度相结合的来测定机体的运动状态的。

来看看我们平时是怎么应用的。（但一定要注意，个体、性别有差异）

大强度运动的最大摄氧量可达85%-100%，其相应心率为每分钟170-190次以上；

中等强度运动的运动强度为50%-65%的个体最大摄氧量，其相应心率为每分钟130-165次；

低强度运动的运动强度为50%以下的个体最大摄氧量，其相应心率为每分钟130次以下。

各位车友看看，其实我们前面所讲的无氧运动以及有氧运动的这三种运动强度大家在平时的骑行中都能用到。

大强度有氧运动普通人不可能长时间的坚持，而且也不提倡，从健身角度来说，运动强度和运动持续的时间是影响锻炼效果的重要因素。运动强度和运动持续时间决定总的能量消耗。

一般情况下能力稍强的车友在骑车时强度应该在中等强度：大概你能保持2个小时就不错了。而平时很多车友骑游活动应该都在低强度运动状态下。这两种强度的能量代谢方式主要以有氧供能系统（糖、脂肪、部分蛋白质氧化供能）为主。

这样我们基本搞清了平时骑行是一个怎么样的强度，不同的强度下机体主要有那些能源物质参与供能，也就可以明白运动过程中体内那些能源物质被消耗了，这样才能对症下药进行补充。

酉酉的爹

三、运动强度决定能量的消耗

前面提到的运用心率来监控运动强度的方法在自行车专业运动员训练中运用的比较广泛，譬如大家熟悉的黄金宝，也是用心率表监控来配合训练。从车友的角度来说，花大价钱买个心率表只有少数人能做到，所以本人提供一套供普通车友大概估算骑行强度的数据，来对应找出每次骑行大致所消耗的能量。

在确定运动强度之前，必须考虑以下因素：个人的身体素质水平、个人的兴趣爱好、个人的客观目标。

一般速度和平均速度这样的数据是没有办法反应你运动过程中能量的损耗，原因在于，对速度的影响还有骑行路线的坡度、风速以及自行车的效率等因素存在。比如最简单的例子，同样的路程，同样的时间，但是车型不一样，一个是山地车，一个是公路车，骑行者所消耗的能量当然不同了。

以山地车为例（因为所掌握的资料只有山地车的）：

运动强度（活动性质）

代谢当量

（METs）

千焦/小时/公斤体重

（千卡/小时/公斤体重）

<16公里/小时，休闲，上班，娱乐

4.0

17（4.0）

16~19公里/小时，休闲，轻度用力

6.0

25（5.9）

19.1~22.4公里/小时，休闲，中度用力

8.0

33（7.8）

22.5~25.5公里/小时，比赛或休闲，中度用力

10.0

42（10.0）

25.6～30.5公里/小时，轻量级比赛，重度用力

12.0

50（11.9）

30.5以上公里/小时，正式比赛，

16.0

67（15.9）

这里有个代谢当量的概念可以不去管他，有兴趣的可以自己去查，在此就不详细解释了。最后一栏里的数据是对应第一栏里运动强度所消耗的热量，大家可以对照看看自己每次运动要损失多少热量。

半个多世纪以来的科学研究反复证明，在60％—80％最大摄氧量运动时，糖储备不足将导致运动机体疲劳。通过运动过程前、中、后有规律的补糖方案是可以改变这一点的。需要补糖的运动项目有1小时以上的持续性耐力运动，以及长时间(40分钟-2小时)的高强度间歇性运动。

糖是人体最重要的供能物质，能在任何运动场合参与ATP合成。肌糖原能以1500千卡／小时的高速率无氧代谢供能，维持1分钟左右的高强度运动；也能以提供700～800千卡／小时的有氧代谢供能，是长时间、持续达2—3小时中等强度运动中肌肉的优质燃料；血糖的氧化速率相对较低，为50—250千卡/小时，但它是中枢神经系统的基本供能物质。

在平时的骑行中，个体每日耗能量依赖于运动量和运动强度。机体所需的大部分能量来自内源糖，主要是肌糖原和肝糖原。一次60—90分钟的大强度骑行耗能1000—1400千卡，要求每千克体重摄取能量50千卡，其中糖供能约占60％—70％，相当于每日摄糖500—600克。然而，普通人甚至包括大多数运动员饮食糖的摄人量往往只达到总能量40％—45％，健康人体内源性糖储备总量只有2000千卡。所以，在进行大强度骑行时应没法使糖的储备达到最大。

要注意的是，这里的糖不是我们平时所说的糖，是指生物学中糖的概念，从分子结构来定义的糖。

在具体选择食物时，要重视主食的摄入，如米、面食等。主食中含有丰富的碳水化合物，能供给糖恢复充足的能量。要避免选食过多的肉类（看到有车友在大运动量骑行后居然选择吃大量的肉，表示反对），吃过多的肉食不仅不会增加能量，相反会给人体带来许多危害，如过多的蛋白质摄入可同时带入过多的脂肪，长期下去会引起高血脂、冠心病等。另外，动物蛋白和植物蛋白的比例要适宜，应以牛奶和豆制品代替部分肉类。吃各种各样的蔬菜和水果，特别应增加生食的蔬菜，以减少营养素在加工过程中的流失。少吃或不吃油炸食物、肥猪肉、烤肉、腊肉、奶油等，它们可带入体内过多的脂肪，会引起肥胖。

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下个部分（未完待续）

四、体液的消耗及补充

五、市售运动饮料概述

表格为什么乱了啊

酉酉的爹

主要参考文献：

[1] 田野. 运动生理学高级教程. 高等教育出版社 2003.8 第一版

[2] 罗纳德J.莫恩 .运动营养 人民体育出版社 2005.1 第一版

[3] 王德显.马拉松运动员的营养补充.田径,2005,(7).

[4] 李柏杨. 田径运动训练中的过度疲劳.中国临床康复,2005,(16).

[5] 王跃新. 优秀青少年运动员的营养补充.中国体育教练员,2005,(1).

[6] 王橹. 从奥运金牌谈田径项目的营养补充.田径,2004,(10)

[7] Schrauwen P , Hesselink M. UCP2 and UCP3 in muscle control2 ling body metabolism. The Journal of Experimental Biology ,2002 ,205 :2275 - 2285.

[8] Schrauwen P ,et al. The effect of mild cold exposure on UCP3mRNA expression and UCP3 protein content in humans. Int JObes Relat Metab Disord ,2002 ,26 :450 - 457.

[9] Gong D W,et al.Lack of obesity and normal response to fastingand thyroid hormone in mice lacking uncoupling protein - 3. JBiol Chem ,2000 ,275 :16251 - 16257.

[10] ClaphamJC ,et al.Mice overexpressing human uncoupling pro2tein - 3 in skeletal muscle are hyperphagic and lean. Nature ,2000 ,406 :415 - 418.

希望版主能给本人编辑本题的权利

转贴请带参考文献一起

dukeduck

好帖啊！！非常感谢楼主如此精彩的原创好文！！

可以编辑自己的帖子的

摔呆

论文级别的， 很有理论性。

若以此制定出一或几套实施计划则更棒。

期待后续...

pengyou

好文啊，但是我更喜欢针对业余爱好者力所能及的东东！

别洋洋洒洒N多字，值得我们借签的几乎找不到，我们毕竟是很业余的，骑车也仅仅是种爱好，追求的目标也完全两样！

[em05]

酉酉的爹

以下是引用pengyou在2005-10-13 11:51:41的发言：

好文啊，但是我更喜欢针对业余爱好者力所能及的东东！

别洋洋洒洒N多字，值得我们借签的几乎找不到，我们毕竟是很业余的，骑车也仅仅是种爱好，追求的目标也完全两样！

[em05]

就是针对业余的啊，我开题的时候就说过了（楼主没有看清？），还没有写完，先写基础理论，再写应用。否则文章结构不对啊！

小黑

写的太好了，强烈支持LZ，BYW，你自己可以编辑自己的帖子

痞子陈迅

受益非浅！