有氧代谢向无氧代谢转变机制

本文通过踏自行车做递增负荷运动,以20个实验对象在运动过程中血乳酸的浓度变化来表示代谢转变强度,目的是研究递增负荷运动中人体内有氧代谢向无氧代谢转变的机制.

实验对象与具体操作方法

实验对象情况表

实验器材包括：M-168血气分析器一个,产自美国康龄公司；产自法国的功率自行车一辆；MODEL-23L血乳酸测试仪一个；72l-分光光度计一支；容量为5ml的日常用注射器一个；适量浓度为l000U每摩尔的肝素；实验用常规生化器材和试剂若干.

具体实验操作步骤为：第一步,测试实验方法和实验试剂的可靠性.通过试验对象做标准曲线运动来测试,具体的做法是让受试者踏功率自行车进行递增负荷直至力竭,以便确定运作过程中的代谢转变强度.第二步,通过具体数据来分析实验结果.一是准备工作,即实验对象零负荷踏功率自行车3分钟.二是实验过程,即实验对象踏车速度为60转每分钟,每两分钟增加一级负荷,在每一级负荷之后取血样测试血乳酸的含量；让受试者重复踏车运动,每一次增加负荷都测定氧分、血乳酸和血丙酮酸的含量和浓度.三是实验原理,即人运动时体内以有氧代谢为主时,终产物是水和CO2；而无氧呼吸的终产物主要是乳酸.在无氧呼吸的情况下乳酸随着血管扩散,将会导致血乳酸急剧增加,本实验以血乳酸值随运动时间和强度增加的线性相关丧失转折点为代谢转变强度,从而得知递增负荷运动中有氧呼吸向无氧呼吸转变的实际机制.

实验结果分析

20例受试者在递增负荷踏车运动中每级负荷2分钟末取耳血平均值,通过这些数据可以看出实验者在代谢转变强度时,其静脉血氧分压最低为20.80mmHg,最高值为35mmHg,平均值为28.83mmHg；血乳酸最高57.4mmol/L,最低17.90mmol/L,平均值40.28mmol/L.

相关分析表明,在代谢转变强度时,血乳酸值与静脉血氧分压之间无显著相关,而与运动者体内的能量转变过程有一定的相关性.此结果表明,递增负荷运动中有氧代谢向无氧代谢转变,丙酮酸在其中起了不小的作用,这一点与丙酮酸的性质密切相关.众所周知,丙酮酸不易透过肌细胞膜、容易转变成乳酸,当丙酮酸转变成乳酸扩散到人体中,也会引起血乳酸浓度的变化.

针对实验结果的讨论

通过实验得出的实际数据,不少相关科技人员之间存在着矛盾的结论.其中最突出的有两种对立观点：一种观点是递增负荷运动中,随着强度增大有氧代谢向无氧代谢的转变是由氧气的供应引起的；另一种对立观点是递增负荷运动中,随着强度增大有氧代谢向无氧代谢的转变是由于耗能与产能相互转变而导致的.

在相关常识里,骨骼肌活动随强度的增加,消耗胞浆中ATP增多,当消耗速率超过最大有氧氧化产生ATP生成速率时,胞浆中的ATP就会下降.同样条件下,有氧呼吸与无氧呼吸产生的ATP在数量上有着比较大的差别,我们可以通过ATP含量来简单判断人体内发生的代谢方式.

在传统的生物学观念里,不少学者认为运动中当强度达到某一时刻时,人体吸氧量就不能满足代谢的需要而导致体内缺氧,缺氧会抑制线粒体呼吸链的氧化磷酸化,使透出线粒体的ATP减少,结果使胞浆中ATP/ADP比值下降.本实验所测得的静脉血氧分压也表明该强度时组织不缺氧,只是动脉流经组织时,没有被最大限度利用而已.通过上述实验,笔者认为在体内不缺氧条件下的有氧呼吸和无氧呼吸转变机制存在两种可能性：第一,暂时清除丙酮酸,防止因反应加快产物堆积而引起对该酶促反应速率的抑制作用.通过转变成乳酸扩散人血来缓解,实验结果初步证实了这一点.第二,丙酮酸通过转变成乳酸把胞浆中NADH及时氧化成NAD+,以保证糖酵解途径的畅通,这两点保证了糖酵解过程AFP生成速率与该运动强度消耗ATP速率的匹配关系.

结论

由于代谢转变机制的存在,运动过程有氧产能并不是完全与耗能保持一致,而是存在一定时间上和数量上的差异；丙酮酸的堆积对产能过程有一定的抑制作用,为了保证人体在运动过程中耗能得到及时补充,部分丙酮酸转变成乳酸.由此可见,负荷运动过程中有氧代谢向无氧代谢转变是耗能与产能的调配过程,事实上与运动者是否处于缺氧状态无关.