摘 要： 近些年乳酸一直是生物工程以及生物化学领域研究的热点, 由于其与运动之间的微妙关系, 使得乳酸与运动医学之间有着密切的关系。本文以高中的化学和生物中的乳酸部分知识为切入点, 详细阐述乳酸产生的过程, 并通过相关文献的查询, 阐述乳酸与运动之间的关系以及其降低运动技能的途径。
关键词： 乳酸; 产生; 运动; 影响;
乳酸作为高中阶段有机化学中的重要知识, 是考试的重点内容之一, 随着其自身产生和代谢的途径的特点, 使其与生物化学、运动学、运动医学等诸多领域之间有着密切的关联, 尤其乳酸在运动领域的研究极为广泛, 也有诸多的文献和研究表明运动时的血乳酸水平和运动之间有着密切的关系。
1、 乳酸的产生和代谢
1.1、 乳酸的产生
乳酸产生的主要条件为机体组织细胞在某一时间段内无法获得足够的氧含量, 或者是机体内的氧在短时间内无法得到快速的处理, 在这种情况下, 乳酸就会大量的堆积, 这主要是由于短时间内机体内大量的丙酮酸蓄积, 无法被丙酮酸脱氢酶转化成为乙酰辅酶A, 从而在机体内产生大量的乳酸[1]。图1为乳酸在体内的产生途径。
如图1所示, 可以看出乳酸产生的主要途径有两种:为糖酵解过程产生的乳酸, 所谓的糖酵解即为葡萄糖分解形成两个分子的丙酮酸与能量的过程, 主要过程为先由葡萄糖分解为丙酮酸, 后在无氧的条件下丙酮酸被还原为乳酸;另外一种途径为非糖化合物转化成葡萄糖和糖原的糖异生作用。
1.2、 乳酸的代谢
体内乳酸的代谢过程主要包括如下几点:其一, 糖酵解过程中的第一步是葡萄糖分解成丙酮酸, 而第二步分为有氧和无氧两种途径, 无氧下生成乳酸, 有氧时生成水和二氧化碳, 因而在氧气充足的情况下, 机体的组织细胞、骨骼肌和心肌等可以摄取血液中的乳酸成分, 在乳酸脱氢酶的作用下还原成丙酮酸, 然后再次进行有氧状态下的糖酵解的第二步, 生成水和二氧化碳, 该过程中充分的释放了乳酸中的能量[2];其二, 由图1可知, 糖异生过程是一个可逆的过程, 即乳酸既可以作为糖异生的产物, 也可以作为糖异生的原料, 即当乳酸在机体和血液中大量积累的时候, 使得肝脏内的糖异生作用开始发挥作用, 先是由乳酸糖异生成葡萄糖供给机体运动所需, 再由生成的葡萄糖合成糖原, 以备细胞的糖原储备, 与此同时通过对氢离子的需要来调节人体的酸碱平衡;其三, 机体内的乳酸还可以通过丙酮酸和乙酰辅酶A途径合成脂肪酸、胆固醇、酮体和乙酸等物质, 也可以通过氨基转换作用生成丙氨酸[2];最后, 机体内的极少量乳酸也可以通过尿液和汗液排除。通过上述几种途径以实现对残存于乳酸内的能量的充分应用、对机体稳态的维持、消除细胞中的乳酸、维持机体的糖酵解稳定、为集体活动提供能量以及合成人体必须的化合物。
2 、乳酸与运动之间的关系
2.1、 超过数秒的极限运动
机体运动时乳酸与运动之间有着密切的关系, 在超过数秒的极量运动中, 人体内会消耗大量的ATP和CP, 因而使得机体细胞内产生的ADP、AMP、磷酸和肌酸大量积累, 这些在细胞内蓄积的物质可以激活糖原分解, 从而使得机体内的糖酵解速度加快, 糖酵解的速度约在极限运动的30~60s达到最大速度, 使得肌肉内的乳酸迅速增多[3]。
2.2、 亚极限运动
长时间亚极限运动时, 由于运动时间和呼吸系统的原因使得运动员体内处于最大摄氧量以下, 在运动开始的几分钟以内, 由于局部的肌肉组织的供血量极少, 使得局部肌肉因缺血而引起暂时的供氧不足, 这种供氧不足使得糖酵解产生大量的乳酸, 但是随着运动的进行, 使得机体会逐渐获得稳态氧耗速率, 这个过程大约发生在运动后的5~10min, 这个时候机体进行糖酵解过程的功能减少, 乳酸生成速率开始下降, 但是若在这个过程中运动强度突增, 乳酸的生成速率也会随之升高, 总结而言, 长时间、亚极量的运动时, 乳酸的生成速率最快的时间段主要是在运动开始时机体缺氧缺血的时期和获得稳态氧耗速率以前的时间段内[3]。
图1 乳酸的产生途径图示
2.3、 中低强度运动
在中低强度运动的过程中, 与长时间的亚极限的运动相比, 机体并不缺氧, 而是进行有氧代谢, 因此机体内乳酸的生成并非缺氧所致, 而是循环系统处于提高过程和尚未建立稳态代谢时, 糖酵解速率超过有氧代谢速率所致, 从而使得来自脂肪氧化的能量产物都进入三羧酸循环, 因而使乳酸增多[3]。
3 、乳酸造成运动机能下降的途径
当下人们探讨乳酸与运动之间的关系主要的原因就是为了提高运动员的运动技能, 以及帮助运动员制定适合自己的训练计划, 因而了解乳酸造成运动机能下降的途径就显得至关重要, 本文对此总结如下几点:第一, 乳酸在机体内积累过多, 乳酸的解离可以产生大量的氢离子, 这些氢离子降低所蓄积的PH值, 从而使得糖酵解的相关酶活性被抑制, 使得糖原的无氧氧化过程受到抑制, 也就减少了这个过程的终产物之一的能量ATP合成, 造成运动过程中的能量供应障碍;第二, 运动的过程中, 大量的乳酸在机体内生成, 使得乳酸在机体内蓄积, 血液中的乳酸逐渐堆积, 顺着机体内的血液循环至脑部, 从而使得脑细胞的正常功能受限, 降低运动时的身体机能;最后, 乳酸的解离可以产生大量的氢离子, 这些氢离子会与机体内的钙离子争抢位于骨骼肌肌钙蛋白表面的结合位点, 从而使得大量的钙离子被置换出来, 从而造成兴奋收缩耦联障碍, 以致肌肉收缩的机能下降, 从而造成运动技能的下降。
4 、结语
综上所述, 随着人类在乳酸研究领域的逐渐深入, 乳酸在机体内的产生和代谢途径目前已经较为详尽, 其在多种运动类别中的含量变化也有所不同, 通过多种途径对运动机能造成影响, 因而通过对这些知识的掌握, 就可以判断运动员所处的身体机能的时间段, 也可以为运动的计划安排提供前瞻性的建议, 实现科学的运动和训练。
参考文献
[1]齐敦禹.乳酸的产生原因与运动能力[J].体育世界:学术版, 2007 (5) :63-65.
[2] 耐力运动的几个概念——纵情山野户外运动俱乐部——旅游[EB/OL].https://www.xici.net/d180550940.htm.
[3] 曹占良.乳酸生成与消除 (学习日记) [EB/OL]. (2010-09-09) .https://blog.sina.com.cn/s/blog_5675ba030100lc09.html.
