有氧代謝向無氧代謝轉(zhuǎn)變機(jī)制
——以踏自行車做遞增負(fù)荷運動的實驗談起

■李興春

有氧代謝向無氧代謝轉(zhuǎn)變機(jī)制
——以踏自行車做遞增負(fù)荷運動的實驗談起

■李興春

本文通過踏自行車做遞增負(fù)荷運動，以20個實驗對象在運動過程中血乳酸的濃度變化來表示代謝轉(zhuǎn)變強(qiáng)度，目的是研究遞增負(fù)荷運動中人體內(nèi)有氧代謝向無氧代謝轉(zhuǎn)變的機(jī)制。

實驗對象與具體操作方法

實驗器材包括：M-168血氣分析器一個，產(chǎn)自美國康齡公司；產(chǎn)自法國的功率自行車一輛；MODEL-23L血乳酸測試儀一個；72l-分光光度計一支；容量為5ml的日常用注射器一個；適量濃度為l000U每摩爾的肝素；實驗用常規(guī)生化器材和試劑若干。

具體實驗操作步驟為：第一步，測試實驗方法和實驗試劑的可靠性。通過試驗對象做標(biāo)準(zhǔn)曲線運動來測試，具體的做法是讓受試者踏功率自行車進(jìn)行遞增負(fù)荷直至力竭，以便確定運作過程中的代謝轉(zhuǎn)變強(qiáng)度。第二步，通過具體數(shù)據(jù)來分析實驗結(jié)果。一是準(zhǔn)備工作，即實驗對象零負(fù)荷踏功率自行車3分鐘。二是實驗過程，即實驗對象踏車速度為60轉(zhuǎn)每分鐘，每兩分鐘增加一級負(fù)荷，在每一級負(fù)荷之后取血樣測試血乳酸的含量；讓受試者重復(fù)踏車運動，每一次增加負(fù)荷都測定氧分、血乳酸和血丙酮酸的含量和濃度。三是實驗原理，即人運動時體內(nèi)以有氧代謝為主時，終產(chǎn)物是水和CO2；而無氧呼吸的終產(chǎn)物主要是乳酸。在無氧呼吸的情況下乳酸隨著血管擴(kuò)散，將會導(dǎo)致血乳酸急劇增加，本實驗以血乳酸值隨運動時間和強(qiáng)度增加的線性相關(guān)喪失轉(zhuǎn)折點為代謝轉(zhuǎn)變強(qiáng)度，從而得知遞增負(fù)荷運動中有氧呼吸向無氧呼吸轉(zhuǎn)變的實際機(jī)制。

實驗結(jié)果分析

20例受試者在遞增負(fù)荷踏車運動中每級負(fù)荷2分鐘末取耳血平均值，通過這些數(shù)據(jù)可以看出實驗者在代謝轉(zhuǎn)變強(qiáng)度時，其靜脈血氧分壓最低為20.80mmHg，最高值為35mmHg，平均值為28.83mmHg；血乳酸最高57.4mmol/L，最低17.90mmol/L，平均值40.28mmol/L。

相關(guān)分析表明，在代謝轉(zhuǎn)變強(qiáng)度時，血乳酸值與靜脈血氧分壓之間無顯著相關(guān)，而與運動者體內(nèi)的能量轉(zhuǎn)變過程有一定的相關(guān)性。此結(jié)果表明，遞增負(fù)荷運動中有氧代謝向無氧代謝轉(zhuǎn)變，丙酮酸在其中起了不小的作用，這一點與丙酮酸的性質(zhì)密切相關(guān)。眾所周知，丙酮酸不易透過肌細(xì)胞膜、容易轉(zhuǎn)變成乳酸，當(dāng)丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸擴(kuò)散到人體中，也會引起血乳酸濃度的變化。

針對實驗結(jié)果的討論

通過實驗得出的實際數(shù)據(jù)，不少相關(guān)科技人員之間存在著矛盾的結(jié)論。其中最突出的有兩種對立觀點：一種觀點是遞增負(fù)荷運動中，隨著強(qiáng)度增大有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)變是由氧氣的供應(yīng)引起的；另一種對立觀點是遞增負(fù)荷運動中，隨著強(qiáng)度增大有氧代謝向無氧代謝的轉(zhuǎn)變是由于耗能與產(chǎn)能相互轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致的。

在相關(guān)常識里，骨骼肌活動隨強(qiáng)度的增加，消耗胞漿中ATP增多，當(dāng)消耗速率超過最大有氧氧化產(chǎn)生ATP生成速率時，胞漿中的ATP就會下降。同樣條件下，有氧呼吸與無氧呼吸產(chǎn)生的ATP在數(shù)量上有著比較大的差別，我們可以通過ATP含量來簡單判斷人體內(nèi)發(fā)生的代謝方式。

在傳統(tǒng)的生物學(xué)觀念里，不少學(xué)者認(rèn)為運動中當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到某一時刻時，人體吸氧量就不能滿足代謝的需要而導(dǎo)致體內(nèi)缺氧，缺氧會抑制線粒體呼吸鏈的氧化磷酸化，使透出線粒體的ATP減少，結(jié)果使胞漿中ATP／ADP比值下降。本實驗所測得的靜脈血氧分壓也表明該強(qiáng)度時組織不缺氧，只是動脈流經(jīng)組織時，沒有被最大限度利用而已。通過上述實驗，筆者認(rèn)為在體內(nèi)不缺氧條件下的有氧呼吸和無氧呼吸轉(zhuǎn)變機(jī)制存在兩種可能性：第一，暫時清除丙酮酸，防止因反應(yīng)加快產(chǎn)物堆積而引起對該酶促反應(yīng)速率的抑制作用。通過轉(zhuǎn)變成乳酸擴(kuò)散人血來緩解，實驗結(jié)果初步證實了這一點。第二，丙酮酸通過轉(zhuǎn)變成乳酸把胞漿中NADH及時氧化成NAD+，以保證糖酵解途徑的暢通，這兩點保證了糖酵解過程AFP生成速率與該運動強(qiáng)度消耗ATP速率的匹配關(guān)系。

結(jié)論

由于代謝轉(zhuǎn)變機(jī)制的存在，運動過程有氧產(chǎn)能并不是完全與耗能保持一致，而是存在一定時間上和數(shù)量上的差異；丙酮酸的堆積對產(chǎn)能過程有一定的抑制作用，為了保證人體在運動過程中耗能得到及時補(bǔ)充，部分丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸。由此可見，負(fù)荷運動過程中有氧代謝向無氧代謝轉(zhuǎn)變是耗能與產(chǎn)能的調(diào)配過程，事實上與運動者是否處于缺氧狀態(tài)無關(guān)。

[1]趙亮．不同遞增負(fù)荷實驗方案對自行車運動員有氧能力評定結(jié)果的對比分析[D]．首都體育學(xué)院，2008

[2]梁月紅，吳史慧，張艷亮，王鳳陽．青年男子跑臺遞增負(fù)荷運動中血液丙酮酸、乳酸動態(tài)變化研究[J]．廣州體育學(xué)院學(xué)報，2007（1）

（作者單位：裝甲兵工程學(xué)院軍政部體育室）