译介丨改善身体构成——饮食与运动第五讲：生物能学——能量的转化

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写在前面
​本讲座为TTC教育公司课程，旨在通过饮食与运动，以一种安全的方式改变你的身体构成，从整体上帮助你达到最佳的健康状况和运动表现。本讲座讲师为Michael J. Ormsbee
因译者本人对相关领域了解有限，在处理不确定的专业术语时，将以保留原英文术语的方式进行呈现，以便读者自行查询。本翻译基于handbook与讲座笔记完成，内容仅供参考
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章节导读 
本章将介绍以下内容，请根据自己的需要翻阅对应部分
第一节
生物能学与新陈代谢：ATP的生成
第二节
ATP与三大供能系统：磷酸原系统、糖酵解系统、有氧氧化系统及其与运动的关系
第三节
运动与减脂的关系
呼吸交换比率：脂肪消耗量的测定
I. 新陈代谢与生物能学（Bioenergetics）
生物能学研究食物转化成为能量的过程，而这一过程直接与人体的新陈代谢相关，涉及人体中发生的所有的能量转换。
我们吃下去的食物会变成三磷酸腺苷（ATP）。ATP是一种储存在人体内的化学能，它与人体内所有细胞的能量活动有关，支撑着各种形式的生物活动（如食物的消化和肌肉的收缩）。在运动中，ATP将被ATP酶水解成二磷酸腺苷（ADP）和单一磷酸盐，同时释放能量。在这一过程中，热能也会随之产生。
从本质上来说，你“产生”的能量只是把食物的化学能转变成其他形式的能量。这遵循了热力学第一定律（能量守恒定律），即能量既不凭空出现也不凭空消失，只是改变它的形式。
II. ATP的产生与存储
当一个磷酸基团被添加到一个二磷酸腺苷分子当中时，ATP得以产生，这一过程被称为磷酸化。之后，ATP会储存到我们的体内，直到身体进行需要供能的活动。
人体内共有三个功能系统，每一个系统的供能方式都有所不同，但其产生ATP的方式有所重叠。同时，它们各自产生的ATP也可以互通。这三个供能系统分别是：磷酸原系统（the creatine phosphate system）、糖酵解系统（the glycolytic system）、有氧氧化系统（the oxidative system）。
第一个系统是磷酸原系统。在我们进行高强度运动时，磷酸原系统会得到最大程度上的调用。在这一系统中，磷酸盐将与储存在体内的肌酸结合，形成磷酸肌酸（creatine phosphate）这一氨基酸。之后，磷酸肌酸将与ADP结合，形成ATP。这一过程不需要氧气参加，因此磷酸原系统属于无氧系统。此外，磷酸原系统的供能只能持续很短的一段时间（约30秒左右），但这一过程产生ATP的速度是最快的。
第二个系统是糖酵解系统。糖酵解系统也称无氧糖酵解系统，需要借助碳水化合物来生产能量。这一系统的产能过程同样不需要氧气参加。它的供能时长略长于磷酸原系统，最长可以达2分钟左右。
糖酵解系统需要通过分解葡萄糖来生产ATP。通常来说，在葡萄糖进入血液之后，还需要进入到细胞内才能完成这一过程。此外，你也可以使用体内的肝糖或从食物中摄取的葡萄糖来生产ATP——这一过程需要借助葡萄糖转运体（GLUT）来完成。
第三个系统是有氧氧化系统。在这一系统中，碳水化合物、脂肪以及部分蛋白质会被用来生产ATP。这一系统的供能速度相对较慢，需要在运动开始后的90秒到2分钟左右才会启动，但是它的持续时长近乎是无限的。与其他两个系统不同，这一系统的供能过程是有氧的，并且只能在中等强度的运动下存在。
有氧氧化系统是人类最为依赖的系统：无论是运动还是静坐，有氧氧化系统都处于活跃之中。碳水化合物和脂肪是在氧化系统中提供ATP的主要燃料。此外，当过度锻炼（锻炼时长超过2到3个小时）或长时间没有进食的情况发生时，蛋白质也会被分解以生产ATP供能。需要注意的是，有氧氧化系统所依赖的原料是混合的：这意味着你没办法只消耗碳水化合物或只消耗脂肪来供能，而是将同时消耗这两种能源物质。

   
    
  
   
    
  
   
    
  

III. 健康程度、呼吸交换比率
你身体的健康程度会影响身体对供能物质的使用。你越健壮，脂肪参与供能的比率就越大、葡萄糖进行存储的能力就越强。随着锻炼的增加，你肌肉细胞内的线粒体数量（通常被称为线粒体浓度，即mitochondrial density）也会增加，这意味着你产生和消耗能量的能力会大大提高。此外，毛细血管的数量（即capillary density，毛细血管密度）也会随着锻炼的增加而增加，这有助于身体将血液、氧气以及其他营养物质运输到肌肉当中。
此外，你分泌脂肪酶和相关激素的能力也会随着锻炼的增加而提升，这意味着你的供能系统会降低对碳水化合物的依赖，转而消耗更多的脂肪。生成ATP所用的脂肪通常来自你体内存储脂肪的组织（腰部和髋部附近）或者你最近摄入食物。除了它们以外，你的肌肉中也储存着脂肪，它被称为肌内甘油三酯（IMTG）。对于健康的人来说，IMTG是良好的供能燃料；而对于不那么健康的人来说，IMTG则会造成体内脂肪的堆积（由于耗脂能力低下所致）。
有氧氧化系统在供能时会同时消耗脂肪和碳水化合物。因此，对于想要减脂的人的来说，改变其消耗比例就成了至关重要的事情。这一比例受到诸多因素的影响（在以后的课程中我们将会讨论它们），如：你最近一次进食的时间、最近一次锻炼的时间、身体的健康程度、荷尔蒙等等。为了测定这一比例，我们可以利用呼吸交换比率（RER）这一工具。RER指的是二氧化碳呼出量（VCO2）和摄氧量（VO2）的比值。当这个数字越接近0.7时，你的脂肪消耗量就越高；当它越接近1时，你体内碳水化合物的消耗量就越大。
关于脂肪和碳水化合物的代谢，详情请见 
试一试
根据你每天的运动水平来改变食物和碳水化合物的摄入量
想一想
如果将步行作为主要的锻炼形式，那么你最有可能利用什么能源物质来供能？你的饮食又该如何分配？
你日常生活中的什么运动最可能用到磷酸原供能系统？
生物能学对你的生活有何帮助？
P.S.  有关体重控制和能量平衡的内容将在第15讲中出现，敬请期待。 