人体运动的本质：动作与能量代谢

仰望苍穹

人体运动是在能量供应下肌肉收缩牵动骨绕关节的运动。人体运动不存在单一肌肉的运动，任何肌肉的收缩都需要其他肌肉共同参与来完成。

※ 不同肌肉的这种组合收缩就表现为动作（如拉、推和旋），

※ 不同动作在空间上的组合则表现为技术（如扣球、跳跃等）。

※ 不同动作在时间上的组合或同一动作在时间上的重复，甚至单一动作的完成，都需要人体通过代谢提供能量来完成。

※ 力量、速度和耐力只不过是在能量供应下动作的不同重复方式，动作的最大重复表现为最大力量，动作的快速重复表现为速度，动作的多次重复表现为耐力。

因此，人体运动的本质为动作和能量代谢，动作是人体运动的外在本质，能量代谢为人体运动的内在本质。

本质一：动作

动作可以按参与部位分为上身动作、下身动作和全身动作，动作也可以按完成方式分为推（离心）、拉（向心）和旋，而推和拉又可分为水平方向和垂直方向的推和拉，旋又可分为内旋和外旋（图1）。对动作的这种划分是分析项目特征并制定相应训练方法的一个重要标准，如赛艇项目的技术分为4个环节（蹬腿、倒体、拉桨和回桨），其中3个主要发力环节（蹬腿、倒体和拉桨）对应的动作为下肢的推、下肢的拉和上肢的拉。因此，赛艇项目的训练任务主要为发展这3个动作的能量供应能力，而陆上力量练习动作则以深蹲（下肢推+下肢拉）、硬拉（下肢拉）和卧拉（上肢拉）为主。图1 动作类型示意图

根据动作的完成是否符合人体解剖学原理和人体运动的专项技术要求，动作有正确和错误之分。正确的动作具备完成动作所需要的灵活性和稳定性，既能够减小动作完成过程中对骨骼和肌肉带来的伤害，又能够降低动作完成过程中的能量损耗；错误的动作则不具备完成动作所需要的灵活性和稳定性，而由此带来的是伤病风险和能量损耗的增加。例如，跑步所涉及的动作之一是下肢的推，而下肢推动作的正确方式要求膝关节沿足尖的方向运动，避免膝关节的内扣或外翻；如果下肢推动作的稳定性不足，出现膝关节内扣，则会降低下肢推的发力，增加膝关节半月板和十字韧带受伤的风险。有研究表明，膝关节损伤与髓关节外展和外旋力量不足有关，而髓关节外展和外旋力量不足则具体表现为下肢推动作中膝关节的内扣。又如，赛艇运动所涉及的动作之一是下肢的拉（即倒体动作），而下肢拉的正确方式是躯干稳定前提下以髓关节为轴的臀大肌和胭绳肌的发力，避免腰部出现矢状面内的前屈和后伸；如果下肢拉的灵活性不够，出现骨盆前倾不充分，腰椎代偿性前屈，则会降低下肢拉的发力，增加腰部肌肉的代偿性发力，增加腰椎受伤的风险。在英国女子国家赛艇队运动员的一项研究中，发现其在入水动作时存在骨盆前倾不够现象，出现腰部代偿性前屈，此后针对性地进行了2年的训练，旨在改善下肢拉的灵活性，结果表明，运动员骨盆前倾幅度增加，由此带来的是拉桨幅度增加15~19 cm，拉桨力提高40~80N。

从纵向发展来看，人体运动能力的提高应优先发展动作的灵活性和稳定性，使动作的完成功能化，然后再考虑动作的难度（如增加负重和动作速度）和重复方式（如增加次数），以发展动作的力量、速度和耐力。假如运动员不具备深蹲动作的灵活性和稳定性，出现膝内扣和腰部松弛，而教练员却安排运动员进行深蹲的负重练习，那么，由此带来的后果很可能是受伤（如膝伤和腰伤）。在实际训练过程中，我国的运动训练往往对动作的灵活性和稳定性（或动作的质量）重视不够，运动员在青少年训练阶段以错误的动作进行力量、速度和耐力的训练，造成运动员在进人省队和国家队后动作和技术不正确，伤病多。

本质二：能量代谢

人体生命的维持是因为人体能够源源不断地通过代谢获得能量以维持机体的运转，包括食物消化、肌肉收缩、神经传导、血液循环、组织合成和腺体分泌等。人体运动时所需要的代谢原料（如氧气）需要经由血液流至代谢的组织细胞，而代谢后的废物（如二氧化碳）同样需要经由血液进行排除，因此，血液量是能量代谢程度的一个重要标志。安静状态下，心脏每分泵出的血液量只有1 200ml，其中，21%流往了肌肉；但是，最大运动时心脏每分泵出的血液量高达22 000 ml之多，且88%的血液流往了肌肉。因此，人体运动过程中，尤其是高强度运动过程中，肌肉是能量代谢的主要场所。

    肌肉收缩做功的直接能量来源是三磷酸腺昔（ATP），但是，ATP在肌肉内的储量非常有限（约5~7 mmol/kg湿肌），只够肌肉进行3~4次最大收缩或者1~2 s的最大持续做功。此后，肌肉需要通过其他途径合成ATP以继续收缩做功。ATP的合成包括无氧非乳酸（磷酸原）、无氧乳酸（无氧糖酵解）和有氧（葡萄糖和脂肪的氧化）3种途径。ATP合成的3条途径也被称为人体能量代谢的3大供能系统，三大供能系统对应的代谢原料、功率和做功能力如表1所示，其中，磷酸原供能系统的功率最大，但是做功能力最小，有氧供能系统的功率最小，但是做功能力最大。
表1 人体能量代谢三大功能系统代谢原料、功率和做功能力一览表

   ATP合成的这3条途径在任何时候都是同时存在的，只是不同强度的肌肉收缩三者参与的比例不一样。图2是三大供能系统在不同最大运动时间下的供能比例图 从中可以发现，当最大运动时间<10 s时，肌肉收缩的能量供应以磷酸原为主，且随着最大运动时间的延长，磷酸原供能比例下降，糖酵解供能比例增加，而有氧供能在<10 s的最大运动中比例很小。当最大运动时间在10~60s之间时，肌肉收缩的能量供应以糖酵解为主，随着最大运动时间的延长，糖酵解供能比例下降，有氧供能比例增加，磷酸原供能比例也继续下降。此外，当最大运动时间在10~30s间时，磷酸原供能比例高于有氧供能，当最大运动时间在30~60 s时，有氧供能比例高于磷酸原供能。当最大运动时间>60 s时，肌肉收缩的能量供应以有氧为主，且随着最大运动时间的延长，有氧供能比例增加，而糖酵解和磷酸原供能比例下降。此外，有氧供能和无氧供能（无氧非乳酸和无氧乳酸）主导供能的临界点约为75 s ，即最大运动时间短于75 s时，能量供应以无氧为主，最大运动时间长于75 s时，能量供应以有氧为主。

图2 人体能量代谢三大供能系统在不同最大运动时间下的供能比例示意图

图3是两种不同类型的运动员在完成90 s功率自行车全力运动过程中三大供能系统的能量供应变化。不管运动员属于耐力型还是速度型，三大供能系统的总供能量在运动的前5s内都急剧增加，5s后总能量供应量都急剧下降，直至40 s才进人缓慢下降区。三大供能系统在此期间有着不同的特征，磷酸原供能在运动开始后急剧增加，在2~3 s内达到最高峰，然后急剧下降，到第10 s时几乎接近能量供应的最低值；糖酵解供能在运动开始后也急剧增加，并在第10~12 s时达到最高峰，之后急剧下降至第40 s，然后进人缓慢下降区；有氧供能在运动开始时也迅速增加，但增加的速度远远小于磷酸原和糖酵解系统，30 s时接近最高水平。速度型运动员由于在磷酸原和糖酵解供能系统方面的优势，在运动开始的前30 s内能量的总供应量大于耐力型运动员，但是，耐力型运动员凭借有氧供能的优势在运动开始30 s后能量总供应量大于速度型运动员。

图3 90s最大运动（自行车）过程中能量供应特点示意图

     综上可知，人体运动的外在本质是动作，内在本质是能量代谢。运动训练的目的之一在于改善人体的动作，以提高动作的灵活性和稳定性，提高能量利用的效率，并减小运动训练过程中伤病出现的机率。运动训练的目的之二在于发展人体的能量代谢能力，使人体运动过程中能够产生更多的能量。运动训练理论中所对应的力量、耐力和速度都是对人体运动外在本质和内在本质的描述，力量是肌肉高强度、短时间做功的能力，速度是肌肉中高强度、中短时间做功的能力，而耐力是肌肉中低强度、中长时间做功的能力。力量、速度和耐力都是能量供应下动作的不同重复方式，力量是磷酸原供能为主的动作的最大（或大）强度、少次数的重复，速度是磷酸原和糖酵解供能为主的动作的中高强度、中少次数的重复，耐力是糖酵解和有氧供能为主的动作的中低强度、中多次数的重复（图7）。

图4 人体运动本质示意图