确定运动过程中各能量系统的贡献

您好，我是 Emerson Frank 博士。我们的研究团队展示了如何确定那些在受控环境（如运动生理学实验室）中难以复现的运动项目的能量系统。每种运动都有其特定的特征，这些特征赋予了它们不同的代谢需求。

代谢需求中最重要的方面之一是能量系统的相对贡献，即有氧、乳酸能、无氧、乳酸以及有氧系统。一些运动项目因其周期性和可预测性，可以在实验室环境中相对容易地进行模拟和研究。而另一些运动则具有不可预测性，其表现依赖于队友之间或与对手之间的复杂互动。

这种情况适用于大多数团队运动以及若干个人运动项目。本文将展示如何在运动过程中评估不同能量系统的相对贡献。尽管该方法适用于任何类型的运动，但由于其特定的特征，我们将重点强调其在不可预测运动部分中的应用。

柔道将作为示例，说明该操作流程如何进行调整。根据运动员的动作特点，针对其他运动项目的研究可轻松借鉴并调整该流程。根据此处展示的内容，将对以下生理变量进行评估。

休息、耗氧量、运动、耗氧量、运动后、耗氧量、静息血浆乳酸、浓度、运动后、血浆乳酸峰值。首先，必须采集静息状态下的血样，并测量至少五分钟的静息耗氧量。该时段最后30秒内的氧气摄取量用于计算基线值以及氧化代谢的贡献。血液样本采集时，取少量毛细血管血液，可从耳垂或指尖获取；采集后，借助微量移液器将已知体积的血液与等体积的1%氟化钠溶液混合。运动。

必须使用便携式气体分析仪来测量耗氧量。该分析仪能够逐次呼吸地测量耗氧量。佩戴面罩，并确保其密封良好，以防止呼出气体泄漏。

每次采集数据前，务必根据制造商的说明校准设备。通常将设备放置于运动员背部。然而，在复杂的运动项目中，必须采用柔道技术调整设备的位置。

例如，如果该技术需要背侧接触，则将设备放置于胸部；如果需要腹侧接触，则将设备放置于背部。同样地，当背部接触地面时，也需如此处理。

如果该技术需要侧向接触，则将设备放置在对侧。通过略微调整比赛规则，可以设计出一种训练，使运动员承受与实际运动非常相似的负荷。例如，此处我们模拟柔道比赛，以避免对设备造成任何损坏。

对手未实施任何有效的投掷动作。同时，受试运动员不得使用需要背部接触的投掷技术。数据采集完成后，我们将开始进行能量贡献计算的相关步骤。

让我们来看一下如何操作。首先，需要测量血浆乳酸，将血液离心以分离血浆和红细胞。然后可通过分光光度法、荧光法或电化学法测量血浆乳酸。

在我们的实验室中，通常使用通过自动乳酸分析仪的电化学方法。结果会立即显示在小型屏幕上，然后需要根据稀释因子进行校正。这是一条典型的静息或基础状态、运动期间以及运动后的氧气消耗曲线。

仔细观察运动后的曲线，可以发现两个不同的组成部分：快速组分和慢速组分。通过慢速组分可计算有氧代谢在运动期间总能量消耗中所占的贡献，并确定氧气消耗量的基础值或静息值。基础值可通过计算曲线最后30秒的平均值来确定。

然后将所得数值乘以运动的总时间。例如，如果运动持续时间为五分钟，则将静息氧消耗量乘以五。通过计算运动氧消耗曲线下的面积，确定运动期间的总氧消耗量。

使用梯形法计算曲线下面积。最后，从运动时的氧气消耗量中减去基础氧气消耗量。为了计算无氧代谢的贡献，需将运动后曲线的动力学过程拟合为单指数或双指数模型。

利用每次呼吸所获得的数据，分别按照单指数曲线和双指数曲线进行调整。此过程可通过数学软件辅助完成。如果你所研究的运动具有未知的曲线模式，则应同时测试单指数和双指数模型，以验证哪种模型更适用于你的数据。

为此，使用软件生成单指数和双指数拟合曲线。在最优模型中，实际曲线更接近拟合曲线。利用实际曲线和拟合曲线的数据，计算每个呼吸周期下该模型的残差。

即用真实值减去拟合值，然后将结果平方。在分别计算出单指数和双指数拟合下曲线上各数据点的残差后，通过F检验判断两种模型的残差是否存在显著差异。最优模型是产生最小残差的模型。

如果模型之间没有显著差异，则使用最简单的单指数模型。最后，利用最佳拟合曲线所提供的方程参数计算电代谢的贡献。例如，以下为单指数拟合的方程。

使用这些参数，通过以下公式计算无氧弹性供能的贡献。需将振幅 A1 除以 60，以将单位从毫升每分钟转换为毫升每秒。为计算乳酸和无氧代谢的贡献，我们假设每千克体重静息值以上的 1 毫摩尔乳酸相当于消耗 3 毫升氧气。

因此，将血浆乳酸峰值与静息血浆乳酸之差（即Δ血浆乳酸峰值）乘以3，再乘以运动员的体重。所得结果以毫升为单位，随后换算为升，并转化为能量，假设每升氧气相当于20.92千焦。最后，将各能量系统的计算结果相加，即可得到运动过程中的总能量消耗，并可进一步计算每个系统对总能量的相对贡献比例。

本文所展示的方法可用于连续性和间歇性运动。该方法的最大优势在于，可针对难以在受控的实验室环境中模拟的运动和体育项目进行调整。此外，这是目前唯一能够估算三种不同能量系统各自贡献率的方法。

因此，该方法能够以与真实场景高度相似的条件研究生理反应，为本研究提供了理想的生态效度。例如，我从 Benefit L 的研究中证实，在最常用的无氧测试之一——Wingate 无氧测试中，能量的主要来源是无氧代谢，其中糖酵解占 50%，磷酸原系统占 30%，有氧代谢占 20%。

本课题组近期研究还表征了室内攀岩、赛艇和柔道运动的能量贡献，如本示例所示。事实上，了解运动中的能量贡献对于制定基因相关策略、训练方案、运动监测，甚至验证测试方法都至关重要。