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有氧能量途径解释

协会Fabio Comana介绍
协会Fabio Comana介绍
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当涉及到编程时,健康的一个基本属性就是我们对新想法的不懈追求。无论本质上是进化的还是渐进的;无论是潮流还是时尚,我们似乎都喜欢挑战现状,追求更好、更大、更强或更快。

除了可穿戴技术,过去几年最大的健身趋势或许是,以更高强度或工作效率进行的更短、更有效率的间隔式锻炼(如Tabata、HIIT)越来越受欢迎。

与那些较短的,高强度的训练你可能会听到像“后燃”或“EPOC的在随意的谈话中随意说。

尽管这种训练模式并不新鲜,可以追溯到20世纪90年代早期到中期的体育训练中,但它最近才被公众所接受,从而提升了这种训练模式的重要性。

开始于我们对减肥的痴迷;跟踪活动和卡路里;我们缺乏锻炼的时间;现在已经改变了我们整个运动规划的哲学方法,并将更多的注意力放在新陈代谢、能量途径和燃料利用上。

此外,这也激发了人们对各种非传统练习的兴趣,如禁食有氧运动和酮类运动。不幸的是,这些生物系统的复杂性也在这些主题上产生了许多错误信息和误解。

而且,作为健身从业者,我们必须遵循向公众提供循证教育和程序的标准,因此需要了解燃料利用以及在能源途径中各自的作用。这是这篇文章的目的是提出关键的要点,我们的能量途径,并讨论流行的实践禁食有氧运动。

能源通道

用于生物工作的能量是在有氧的情况下有氧产生的,或在无氧的情况下厌氧产生的(1)。

如图1-1所示,有氧途径产生大量的能量,尽管它更慢,并且可以利用所有三种常量营养素作为燃料来源。

相比之下,厌氧途径,包括磷(直接)能量系统和快速糖酵解途径,产生能量迅速,但数量有限,并且只能利用葡萄糖作为燃料来源(2)。然而,鉴于本文的范围,我们将只回顾有氧途径,因为它反映了我们一天中卡路里的最大来源,涉及我们饮食中摄入的所有三种常量营养素。

图1-1:生物能学途径概述

图1-1:生物能学途径概述

有氧呼吸:线粒体呼吸

有氧呼吸发生在线粒体内,线粒体是细胞内产生能量的细胞器。然而,这三种燃料都要经过一些初级准备,以便为进入线粒体做好准备。图1-2展示了这三种常量营养素的途径,但在讨论每一种之前,让我们先定义燃料:

  • 甘油三酯(TG)一个简单的脂肪这代表了脂肪在体内的主要储存形式。甘油三酯由甘油分子组成,甘油分子是与三个游离脂肪酸(FFA)连接的分子的主干。正是这些我们所熟悉的FFA,因为它们可以按照长度分为短链、中链或长链;并根据其结构分为饱和、单不饱和和多不饱和。在进入呼吸通路之前,TGs必须被分离成构建块甘油和FFA,之后FFA通过β氧化进一步准备进入Krebs循环,β氧化将较长的碳链分解成2碳片段(3)。
  • 碳水化合物在体内以一种被称为糖原的储存形式存在,或以葡萄糖的形式存在,当被吸收并立即作为燃料使用时。所有的碳水化合物都经历糖酵解(无氧碳水化合物代谢),这一过程发生在线粒体之外。糖酵解的最终产物是丙酮酸的形成,丙酮酸要么进入线粒体继续进入有氧途径,要么转化为乳酸(厌氧)——两者可以同时发生。输送到线粒体的氧气的可获得性决定了有多少丙酮酸会进入线粒体(即,更多的氧气等于更多的丙酮酸进入线粒体)。任何多余的丙酮酸都不能留在细胞内,因为这会减慢糖酵解过程,因此它通过与氢离子结合转化为乳酸盐,氢离子在糖酵解过程中也会产生。正常情况下,氢离子也会被运送到线粒体来完成呼吸,但过量的氢离子会造成问题,因为它会降低组织的pH值,损害肌肉功能和能量通路。从本质上讲,丙酮酸与氢离子结合形成乳酸能使肌肉比正常情况下继续工作更长时间。图1-2中的数字1说明了这一点。
  • 蛋白质不同于脂肪和碳水化合物,因为它们含有氮元素,而氮元素对呼吸没有作用。随后,它必须被清除(脱氨),产生对身体有潜在危害的氨(4)。氨在肝脏中迅速转化为尿素,然后主要通过尿液经肾脏排出体外。图1-2中的数字6说明了这一点。

图1-2:代谢磨坊-能源途径中的燃料利用

图1-2:代谢磨坊-燃料利用与能源途径

在第一印象中,代谢磨坊看起来复杂而令人困惑,但我们将使用一个我们更熟悉的类比来帮助理解它的复杂性。让我们从克雷布斯循环开始——这是三种常量营养素在线粒体中汇合的地方。把克雷布斯循环想象成一个酒吧或夜总会,一个每个人都想见面的地方。

  • 想想TG代表的单身女士从小镇的TG区来到Krebs自行车酒吧。它们穿着衣服来跳舞,以乙酰辅酶a(进入克雷布斯循环的化合物)的身份参加社交活动——把它们为晚上做的准备看作是β氧化。图1-2中的数字3说明了这一点。不幸的是,克雷布斯自行车酒吧规定只有夫妻才能进去,所以所有的单身女士都需要一个伴侣才能进去。通常情况下,他们会遇到来自城镇不同地区(比如碳水化合物)的单身男子,他们也会聚集在克雷布斯自行车吧。这意味着脂肪要完全代谢,就需要碳水化合物的存在。
  • 现在考虑一下碳水化合物的命运。如前所述,糖酵解产生丙酮酸,这是独特的,因为它可以产生单个女士(乙酰辅酶a)或单个男士(草酰乙酸)。图1-2中的数字2说明了这一点。回到我们的酒吧类比,考虑到镇上的TG区提供了大量的单身女性,而碳水化合物区通常提供单身男性(即草酰乙酸)。总的来说,来自TG区的单身女性和来自碳水化合物区的单身男性一起进入了Kerbs自行车酒吧。

在我们的一生中,人类不得不忍受饥饿的时期,在那里食物匮乏或缺乏。如果我们可用的碳水化合物储备枯竭或稀缺(想想今天限制碳水化合物的饮食),我们就会限制从城镇碳水化合物区来的单身男子的可用性。这迫使一种代谢生存状态,身体被迫适应生存而不是死亡。

  • 回到我们的酒吧类比,想想酒吧没有足够的生意,因为缺少来自城镇碳水化合物区单身男人。为了招揽生意,经理选择打电话给在蛋白质区经营一家运动酒吧的朋友(考虑生产能源的商业和盈利能力)。他向蛋白质区运动酒吧的老主顾们提出了两项提议——加入单身女士在俱乐部里社交,或者偷偷溜进后门享受特价饮料(也就是制造能量)。
  • 那些想和单身女士们交往的人(葡萄糖基氨基酸)会被运送到城镇碳水化合物区,以单身男性的身份到达。葡糖原性是指产生葡萄糖。换句话说,我们正在将蛋白质转化为碳水化合物,以继续代谢脂肪,不幸的是,人体99%的可用蛋白质是称为肌肉的活组织。第一部分的图1-2中的数字5说明了这一点)。
  • 然而,这种转化可能不足以满足身体的能量需求,因此可能还需要使用额外的蛋白质来产生能量。这代表了那些在运动酒吧有兴趣参观克雷布斯自行车酒吧的人,但只是为了喝特价饮料(即,制造能量)。它们被偷偷地从酒吧后门偷走,被称为生酮氨基酸,因为它们主要产生能量。然而,它们也可以产生酮,我们将在接下来讨论。记住,这些蛋白质也来源于肌肉组织。

那么,那些因单身男性不足而无法进入酒吧的额外单身女性怎么办呢?酒吧经理根据当地的法律通知这些女士,她们不能在酒吧外闲逛,必须离开。为了让线粒体呼吸继续进行,额外的单体(乙酰辅酶a)被转化为酮,酮可以从线粒体中移除,通过血液进入循环。

第一部分的图1-2中的数字4说明了这一点。酮类化合物是由不完全代谢的脂肪(可能还有生酮蛋白)产生的化合物。生产的两种主要酮是乙酰丙酮和β-羟基丁酸酯,除肝脏和需要葡萄糖的红血球外,几乎身体中的每个细胞都可以把它们用作燃料(1,2).任何不被身体利用的酮会迅速转化为丙酮并被排出体外,因为酮会降低血液pH值(酸中毒),当酮大量积累时,会导致致命的酮症酸中毒。丙酮是在洗甲水中发现的同一种化合物,有时当血液中的酮水平升高时,一种甜的“丙酮”气味可能会在尿液、呼吸或汗水中明显可见,这表明一种新陈代谢的生存状态。

外卖——所有3营养素是不可或缺的生产能量,但删除或限制碳水化合物的饮食,特别是持续时间可以改变我们的正常代谢途径可以产生重大影响(例如,促进瘦脂肪通过攻击肌肉蛋白的概念,也会减缓体内的代谢率)。

引用:

  1. Kenny WL, Wilmore H和Costill DL。(2015)。运动与锻炼生理学(6th版)。《人类动力学》。
  2. Pocari J, Bryant CX和Comana F.(2015)。运动生理学戴维斯公司,费城,宾夕法尼亚州。
  3. Juekendrup AE。(2002).骨骼肌脂肪代谢的调节。纽约科学院年报, 967: 217 - 235。
  4. 布鲁克斯。(1987)。运动和恢复过程中氨基酸和蛋白质的代谢。运动与锻炼的医学与科学19: S150-S156。

作者

协会Fabio Comana介绍

协会Fabio Comana介绍

法比奥·科马纳,硕士,硕士,是圣地亚哥州立大学、加州大学圣地亚哥分校和美国国家运动医学研究院(NASM)的教师讲师,创世纪健康集团总裁。他曾是美国运动协会(ACE)的运动生理学家,是ACE IFT™模型和ACE现场私人教练教育研讨会的创始人。以前的经验包括大学教练,大学力量和健身教练;以及为Club One开设/管理俱乐部。他是多个健康和健身活动的国际主持人,也是多个媒体的代言人,是一个有成就的章节和书籍的作者。