运动和糖代谢

本文的作者为3HFITACE课程讲师李聪—运动人体科学硕士在读，研究方向为：运动营养、运动与骨骼肌适应、肌少症的分子机制及预防。

正文

糖的生物学功能及人体内的存在形式

糖类（carbohydrate）是一类多羟基醛和多羟基酮及其缩聚物和衍生物的总称，所有的糖都含有碳（C）、氢（H）、氧（O）三种元素，可以用通式Cn(H2O)m表示，也被称为碳水化合物。

糖的生物学功能

■构成身体成分

■提供机体所需能量

■调节脂肪代谢

■降低蛋白质分解

糖在人体内的存在的形式

糖在人体内的存在的形式主要有两种：运输形式的血糖、储存形式的糖原。

(1)血糖

血液中的葡萄糖称为血糖，可供各组织器官利用。血糖浓度通常比较稳定，正常人空腹血糖数值为3.89～6.11mmol/L。

血糖是中枢神经系统的主要供能物质，为大脑供能，血糖还是红细胞的唯一能量来源。血糖浓度保持相对恒定具有重要的生理意义。

(2)糖原

人体内的糖原以糖原颗粒形式存在于细胞质，在肌肉和肝脏中合成并储存。

其中，肌糖原约为肌肉重量的1%～2%，总重量大约～g，约占体内糖原总储量的75%。

肝糖原占肝重的5%～10%，总重量75～g。

肌糖原可提供运动时骨骼肌所需要的能量。

肝糖原分解释放葡萄糖以维持血糖浓度，肝糖原受饮食因素影响较大，空腹7～8h肝糖原储量几乎耗尽。

思考01

你的客户因为工作太忙而来不及吃晚饭，下了班就来训练，结果在课程中感到头晕不适无法继续进行训练，试思考其原因。

两餐之间的时间间隔过久，可能导致肝糖原几乎耗尽。而肝糖原用来分解释放葡萄糖以维持血糖浓度，当肝糖原几乎耗尽时，血糖浓度会显著降低，出现中枢神经系统机能紊乱，机体疲劳，无法继续训练。

如果两餐之间间隔时间太久，简单的练前餐很有必要，练前餐应含有一定数量的碳水化合物，建议在训练前一小时摄入练前餐，以高效补充肝糖原。

思考02

为什么会产生运动性低血糖？

运动性低血糖是指在运动中或运动后由于血糖降低导致头晕、恶心、呕吐、冷汗等不适现象，严重者甚至可能出现死亡。产生原因：一定数值的血糖浓度对于维持大脑和红细胞功能具有重要意义。

当血糖浓度低于3.6mmol/L时，脑细胞能量代谢发生障碍，大脑正常生理功能受阻，同时红细胞功能下降，出现动作协调性差，反应迟钝等现象。

当血糖浓度低于3.3mmol/L时，相继出现饥饿、乏力、心悸等症状，当血糖浓度降至2.5mmol/L时，由于脑组织功能严重障碍，导致低血糖昏迷。

人体内糖原的合成

糖原合成（glycogenesis）指机体利用葡萄糖、果糖或半乳糖在体内合成糖原的过程，其中血液中的葡萄糖是糖原合成的主要原料。

糖原（glycogen）是机体内糖的储存形式，肌肉和肝脏是合成糖原的重要器官，分别合成为肌糖原和肝糖原。

肌糖原不能直接释放出葡萄糖，只能在肌细胞中通过无氧糖酵解或糖有氧氧化反应为肌肉收缩提供能量。

肝糖原的主要作用是维持血糖浓度的恒定。除了肝糖分解，肝脏还能通过糖异生作用生成葡萄糖。

思考03

我们知道运动中糖供能的重要性，糖储备不足将导致机体疲劳，提高机体糖原储备对提高运动能力具有积极作用，但是如何提高机体糖储备？

其实，单纯增加饮食摄入对提高肌糖原含量的影响较小，反而，过量糖的摄入在体内会转变为脂肪储存。因为葡萄糖是极性分子，不能自由通过细胞膜脂质双层结构，必须通过相应载体的转运才能通过细胞膜。

研究发现，葡萄糖进入骨骼肌时需要葡萄糖转运蛋白4（glucosetransporter4，GLUT4）的转运。

静息状态下，GLUT4只有2%位于细胞膜上，转运葡萄糖的效率极低，导致肌糖原合成有限。但是，运动和肌肉收缩能刺激使GLUT4由细胞内转到细胞膜上，转运葡萄糖进入骨骼肌的能力提高，长期运动还能刺激GLUT4的表达增加。

因此，只有运动结合膳食才能有助于肌糖原的合成。

糖的分解代谢供能

糖的分解代谢是人体获得能量的重要途径之一，代谢底物主要有糖原和血糖。运动时骨骼肌可利用的糖分解供能系统主要有无氧糖酵解和有氧糖酵解（糖有氧氧化）。

无氧糖酵解

糖原或葡萄糖无氧分解生成乳酸（lacticacid），并产生ATP的过程。

此反应在细胞质内进行，无需进入线粒体，是不需要氧气的。

无氧糖酵解是30s～2min以内全力运动的主要供能途径，是很多运动项目的重要代谢基础。

无氧糖酵解具体可分为三个阶段：

■磷酸丙糖生成阶段

■丙酮酸生成阶段

■乳酸生成阶段

有氧糖酵解

也称为糖的有氧氧化，指在氧气充足的情况下，葡萄糖彻底氧化生成二氧化碳和水，并释放能量的过程。糖的有氧氧化是机体获得能量的主要方式，也是2min以上大强度运动时的主要供能方式。

糖的有氧氧化具体可分为三个阶段：

■糖酵解生成丙酮酸

■丙酮酸进入线粒体生成乙酰辅酶A

■乙酰辅酶A进入三羧酸循环（也称克雷布循环）及氧化磷酸化

思考04

我们知道不同运动项目所侧重使用的能量系统是不一样的，比如米跑是典型的无氧糖酵解供能为主的运动，而米跑是典型的糖有氧氧化供能为主的运动。

那么对不同运动项目的运动员进行其特定能量系统的训练有何积极意义？

长期的无氧糖酵解供能为主的训练能提高无氧糖酵解供能的能力，主要表现在无氧代谢酶活性提高20%～%，骨骼肌总的ATP生成能力提高，进而提升运动表现。

长期的糖有氧氧化供能为主的训练能提高骨骼肌有氧代谢酶的活性，能系统的工作效率。同时长期进行有氧运动，机体将更多的利用脂肪代谢供能，对糖的利用减少，以节省糖原消耗。

运动时糖异生的作用

除了肝糖分解，肝脏还能通过糖异生作用生成葡萄糖。糖异生（gluconeogenesis）指的是非糖物质转变为糖的过程，主要在肾脏和肝脏中发生，底物有乳酸、甘油、生糖氨基酸。

（1）短时间大强度运动时，糖异生作用不明显，仅占肝脏葡萄糖输出的10%。

（2）长时间运动中，糖异生底物的成分和相对作用不断发生变化：

■长时间持续运动早期，乳酸作为糖异生的底物较多

■运动到40min左右，生糖氨基酸的糖异生作用可达最大值

■长时间运动后期，随着脂肪供能的比例增加，甘油糖异生的作用加大

思考05

糖异生对于运动有何积极意义？

肝脏的葡萄糖释放由肝糖原分解及糖异生作用提供。在运动后期，肝脏葡萄糖的释放与运动性疲劳的产生密切相关。

长时间持续运动早期，以肝糖原分解为主，随着肝糖原的消耗，糖异生供糖的比例逐渐提高。当运动后期肝糖原储备趋于耗竭时，血糖的来源几乎全部由糖异生过程提供。

乳酸和运动

乳酸是无氧糖酵解供能的代谢产物。运动中和运动后的血乳酸浓度变化，反应骨骼肌等组织中乳酸生成、乳酸进入血液和血乳酸消除速率三者之间的平衡关系。

乳酸的生成

机体无论在安静状态下还是运动状态下都会生成乳酸，安静状态下血乳酸的浓度为1～2mmol/L，运动状态下乳酸的生成与骨骼肌纤维类型、运动强度及持续时间有密切关系。

如1～2min大强度运动如m跑，血乳酸可以达到12mmol/L，m跑后血乳酸更高，可能达到15mmol/L。

乳酸的消除

乳酸的消除代谢反应主要有以下三个途径：

■有氧氧化

■糖异生

■转变为脂肪酸或氨基酸

乳酸和运动能力

（1）乳酸生成与运动能力：

短时间运动时乳酸生成越多，表明机体动用糖酵解的能力越强。研究表明，短时间激烈运动时，最大血乳酸水平与运动成绩密切相关，训练水平越高的运动员，运动后血乳酸的水平越高。

（2）乳酸消除与运动能力：

有氧氧化是乳酸消除的主要途径，有氧代谢水平越高，乳酸消除的越快。耐力训练水平愈高者，血乳酸的消除能力愈强。

思考06

如何加速运动后血乳酸的清除？

运动后乳酸的消除受休息方式的影响，低强度活动（积极性休息）比静止性休息乳酸清除速率快，因为肌肉进行低强度收缩和舒张时，有利于血乳酸穿梭至相邻肌纤维，也有利于乳酸弥散进入血液循环，血乳酸恢复到运动前水平大概为0.5～1h。

相比之下，采用消极性休息时，血乳酸恢复到运动前水平大约需要1～2h。所以运动后的冷身放松、整理活动是有积极意义的。

小结

■糖是骨骼肌的主要能量来源，是唯一既能进行无氧、又能进行有氧代谢的细胞燃料。

■糖的无氧代谢指的是葡萄糖或糖原通过无氧分解生成乳酸并释放能量的过程，是30s～2min以内全力运动的主要供能途径。

■糖的有氧代谢指的是氧气充足的情况下，葡萄糖彻底氧化生成水和二氧化碳，并释放能量的过程，也是2min以上大强度运动时的主要供能方式。

■肝糖原的合成与分解可以调节维持血糖浓度，糖异生也是肝脏葡萄糖的输出形式之一。运动前提高肝糖原和肌糖原的储备，对长时间耐力项目的运动表现有积极作用。

■乳酸是糖酵解的代谢产物，安静状态下也有乳酸生成，运动时骨骼肌是产生乳酸的主要场所，也是乳酸消除的主要场所。乳酸消除的代谢途径主要有：有氧氧化、糖异生以及转变为脂肪酸或氨基酸等。糖酵解代谢能力越强，乳酸生成越多；有氧代谢水平越高者，乳酸清除能力越强。训练后的放松冷身有利于加速乳酸清除。

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