在氧氣充足的情況下,1
摩爾醣元可以被完全氧化成二氧化碳(CO2)和水(H2O),並產生
39 摩爾 ATP,整個步驟要用上 6 摩爾,即 134.4 升(L)的氧氣(O2)。換句話說,在有氧系統運作之下,若以醣元作為燃料,每重新合成
1 摩爾 ATP,人體便要攝取 134.4 ¸
39 = 3.45 升的氧氣了。在安靜的時候,這可能要用上 10 至
15 分鐘的時間,但從事劇烈運動的時候,則可能只是 1
分鐘以內的事罷了。
除了醣元之外,有氧系統還可以用脂肪(fats)及蛋白質(proteins)作為燃料來重新合成
ATP。就以棕櫚酸(palmitic acid,一種典型的脂肪酸)為例,1
摩爾的棕櫚酸(約半磅)經氧化後能夠產生 130 摩爾 ATP。不過要完全氧化
1 摩爾的棕櫚酸,人體就要攝取 23 摩爾,即 515.2
升的氧氣。這也是說,在有氧系統運作之下,若以脂肪(如棕櫚酸)作為燃料,每重新合成
1 摩爾 ATP,人體便要攝取 512.2 ¸
130 = 3.96
升的氧氣。因此,有氧系統若以脂肪作為燃料,要產生同量的
ATP,便要比用醣元作為燃料時消耗多約 15% 的氧氣了。
至於蛋白質方面,一般認為除非身體是處於飢荒、醣元消耗殆盡或非比尋常的耐力項目(如歷時數天的超長距離跑)之中,否則蛋白質對提供能量作為肌肉活動的貢獻只是微不足道。在安靜及大部分的體育活動中,醣元和脂肪仍然是主要提供能量以重新合成
ATP 的燃料。
比較起另外兩個無氧系統來說,有氧系統在ATP的總生產量可說是難以估計,因為無論是醣元、脂肪,甚至是蛋白質均可以用作重新合成
ATP。不過單從醣元方面計算,人體全身有肌醣 390 至 450
克(Hultman,1967),肝醣 80 至 100 克(Hultman 與
Nilsson,1971),再加上 5 至 6 克的血糖(陳吉棣,1983),人體內醣元的總存量為
475 至 556 克,共可產生 102.9 至 120.5 摩爾ATP,即相當於
1029 至 1205 千卡的能量。
由於有氧系統能夠在大量合成
ATP
之餘而不會產生導致疲勞的代謝產物,所以是人體處於安靜狀態時供能系統的最佳選擇。此外,對於長時間的耐力性項目(如馬拉松長跑)來說,有氧系統因為能夠用上醣元和脂肪作為燃料,所以亦只有它可以供應充足的能量作這類活動之用。
備註:
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正如其他兩個無氧系統一樣,一切有關的化學反應均發生在肌肉細胞之內,但有氧系統涉及的化學反應都要比其他兩個系統來得多和複雜,而且都只發生在肌肉細胞的線粒體(mitochrondria)之中。
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由於 1 摩爾(mole)的任何氣體在標準溫度及壓力(standard temperature and pressure)之下會佔上了
22.4 升(L)的體積,所以 6 摩爾便相當於 6 x 22.4 = 134.4
升的氧氣。同樣道理,23 摩爾便相當於23 x 22.4 = 515.2
升的氧氣了。
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475
克醣元可產生 (475 ¸
180) x 39 = 102.9 摩爾(mole)ATP,以 1 摩爾 ATP 平均可產生
10 千卡(kcal)能量計算,即相當於 1029 千卡的能量。按同樣的計算原則,556
克醣元可產生 (556 ¸
180) x 39 = 120.5 摩爾ATP,亦即相當於 1205 千卡的能量。
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根據 Costill
與 Fox(1969)及 Fox 與 Costill(1972),要跑畢一次馬拉松長跑(比賽距離為
42.195 千米或 26.2 英哩)可以用上近 150 摩爾(mole)的
ATP(約每分鐘 1 摩爾 ATP)。
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能量系統
Energy Systems |
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無氧系統
Anaerobic System |
References
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Costill,
D. L., and Fox, E. L. (1969). Energetics of marathon running. Med Sci
Sports, 1, 81-86.
-
Fox,
L. E., Bowers, R. W., & Foss, M.L. (1993). The Physiological Basis
for Exercise and Sport, (5th Ed.). Dubuque, IA: Wm. C. Brown
Communications.
-
Fox,
E. L., and Costill, D. L. (1972). Estimated cardiorespiratory responses
during marathon running. Arch Environ Health, 24, 315-324.
-
Hultman,
E. (1967). Studies on muscle metabolism of glycogen and active phosphate in
man with special reference to exercise and diet. Scand J Clin Lab Invest
(Suppl 94), 19, 1-63.
-
Hultman,
E., and Nilsson, L. H. (1971). Liver glycogen in man: Effect of different
diet and muscular exercise. In B. Pernow and B. Saltin (eds.), Muscle
Metabolism during Exercise. New York: Plenum Press.
-
教育局(2009):體育(香港中學文憑)教材套-人體。
-
陳吉棣(1983):運動與糖。曲綿域(主編),中國醫學百科全書:運動醫學。上海:上海科學技術出版社。
最近更新日期(Last
Updated):2013-06-01
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