20億年前那個偶然發生的故事直到今天還時時刻刻在我們的身體裡億萬次的持續發生,秦皇漢武追求的長生不老藥竟然也與此相關,能量系統不但關係我們的生死,還直接關係我們的肉體是否健康有活力,除了維持生存,每一個細微的動作,每個念頭都有能量系統的身影,瞭解能量系統就可以讓我們更加科學的利用好身體這個精密設計的發動機。
人體三大供能系統
一切的生命活動都需要能量,不但跑步、游泳,思考需要能量,保持體溫都需要能量。作為恆溫動物,我們的正常體溫處於36.2℃-37.5℃之間,是一個非常狹窄的範圍。進化過程中,高等生物選擇了恆溫這種看起來需要大量能量消耗的模式,好處是大大降低了自然環境的限制,而弊病就是時刻需要消耗能量來維持溫度,過高或過低的體溫都使人體系統處於崩潰狀態,從而導致生物體死亡,所以長跑中避免失溫和過熱必須當成頭等大事對待。
運動和保持體溫的能量主要來源於食物,為了維持恆溫這個動態平衡,人體不得不頻繁進食,以維持生命活動,簡單瞭解能量代謝系統有助於科學的提高訓練效果,就讓我們把視線拉回到20億年前,從線粒體看看我們是如何維持什麼活動的。
20億年前的那段往事
按照內共生的假說,20多億年前,地球還是生命的禁區,只有真細菌和古菌兩種微生物,後來有一支叫藍細菌的真細菌發明了光合作用,導致地球上產生了氧氣,但氧氣對當時的微生物來說,簡直是砒霜一樣的存在,地球上的微生物差點團滅。只有少數細菌找到方法,可以利用氧氣產生能量,從而存活下來,漫長的進化過程中,古菌在偶然的情況下,吞噬了好氧的真細菌,但被吞沒的真細菌沒有被消化掉,反而發現古菌內簡直是天堂一般,不但得到古菌內膜系統的保護,還可以第一時間獲得有機物養分,再也不用被大自然摁在地上摩擦,而古菌也不虧,這些好氧菌不但幫忙消耗掉了致命的氧氣,而且還把有氧呼吸產生的能量上繳一部分,古菌這下非但不被氧氣傷害,還能產生比之前多得多的能量。大家一照面就發現原來對方個個都是人才,說話又好聽,這CP必須死磕到底,永不分離,雙方再也不分開了。隨著演化之手的操弄,這些古菌成了真核生物的細胞,而那些細菌就成了細胞內的線粒體。線粒體可以從周圍的細胞液中攝入氧氣和有機物養分作為燃料,使其在內部燃燒,從而產生能量,就像發電機一樣持續把化學能轉換為電能。
真核細胞再次向複雜進化,演化為多細胞。生命一下爆發式發展,今天的你我,能看到的動物,植物都是那場曠日持久的演化結果。我們身體的每個細胞每時每刻都在持續不斷的產生能量,只要中斷能量產生,你我立即狗帶。而這些無意識的微小生物在偶然的情況下組合成為一個有意識的整體,並透過能量系統,轉化能量為供維持體溫的熱能,用於傳導神經訊號的電能,用於肌肉收縮的機械能,用於吸收合成的化學能等等。這就是在你我身體內的時時刻刻都在發生的傳奇故事。
有氧,無氧到底區別在什麼地方?
現在我們終於可以看一下人體肌肉活動的能量供應系統了,人體分為有氧供能系統和無氧供能系統,而無氧供能系統又可以分為磷酸原供能系統和乳酸能供能系統兩種。日常我們熟知的無氧運動和有氧運動的區別就是看肌肉活動的能量供應是有氧還是無氧。
但無論是有氧還是無氧,人體能直接利用的能量只有一種,可以形象的稱為ATP能量貨幣,ATP-CP系統(磷酸原系統)就是手邊隨時可用的零錢,它無需氧氣參與且不產生代謝廢物,但ATP只能維持2秒,CP是ATP的3-5倍,供能時間加起來不超過10秒,所以短跑,投擲,舉重類運動使用ATP-CP系統供能。
而無氧運動的另外一類是乳酸能系統,透過對糖原的酵解產生ATP能量貨幣,也不需要氧氣參與但產生乳酸廢物,可維持3分鐘。所以400米接力跑,100米游泳都使用乳酸能系統供能。看到了嗎?因為供能系統均無需氧氣參與,所以這些需要爆發力的運動均屬於無氧運動。
而有氧運動,就是能量來源於有氧供能系統,以脂肪、糖、氧氣為原料,轉化為ATP能量貨幣,同時產生二氧化碳和水,而這一切的幕後英雄就是那億萬線粒體。超過3分鐘的運動就主要以有氧供能系統供應能量了,馬拉松等中長跑專案就屬於有氧運動。有氧和無氧在某一時刻並不單獨發生,往往他們是同時產生,區別就在於誰是主力。
ATP-CP,糖酵解和有氧系統也需要能量供應,而這些能量只能來源於食物,碳水,脂肪,蛋白質就是人體的三大營養素。至於這些原材料和重要的氧氣透過人體這個複雜的供應鏈和加工廠變成肉體可利用的物質,稍後我們慢慢到來。
能看到這裡的各位看官,這麼枯燥的運動生理學知識,你一定是天賦異稟,給你點贊。那現在咱換一個簡單粗暴直接的玩法,以一次馬拉松為例,看看身體是如何運作的。
麻瓜的跑馬故事
麻瓜去參加一次馬拉松比賽,比賽開始的時候,作為小白,麻瓜看著眼前的美女,一心想表現一下,發令槍一響,麻瓜以百米速度一馬領先,10秒後,ATP消耗完畢,麻瓜的大腦很快接收到報警訊號
“WC,ATP-CP沒了,糖酵解立即頂上,OVER。"
3分鐘後,大腦接收到糖原消耗完畢的訊號。大腦為了不讓你直接狗帶,接著產生喘不上氣的感覺,乳酸堆積也讓身體的PH值進一步下降,腿痠,步頻步幅都自然下降,無氧極限抵達。可憐的麻瓜看著美女風馳電掣一路後來居上,
“WTF,好累,好想停下來!”
麻瓜想著美女那曼妙的身姿,咬咬牙,拖動著累成狗的身體,一把梭哈就是幹。這個時候無氧系統開始分解糖原和脂肪,經過幾分鐘的堅持,
“我去,還行,還能跑”
緊接著來到了25-35公里間,第二生理極限出現,所謂撞牆,麻瓜覺得腿都不是自己的了,呼吸也沒了節奏。
“What the fuck,TMD要死了,要死了,我去,還不停,我TMD要掛了。這麼慢,姿勢真難看,哈哈,象只烏龜......”
小姐姐的加油讓麻瓜終於堅持了1公里,逐漸跨越了生理極限,內啡肽此時一通注射,大腦爽到飛起,
“WC,我TM竟然還能跑,好爽,我不要停,再來5公里“
這就是馬拉松的過程,你的大腦不停在裡面嗶嗶,你的身體不停調動各種能量系統轉換為ATP,驅動你的肉身持續向前。
長生不老藥和線粒體
科學家最近發現,隨著年齡的增長,我們身體內的線粒體的數量和質量都在不斷下降,線粒體的健康程度決定了生物的健康程度,因此就猜測線粒體是導致衰老的元兇,參照這個假設,如果能保障線粒體的數量和質量,那就可以使人永葆青春活力,所以長生不老藥的研發主要以提高線粒體的數量和質量為手段。李嘉誠等一眾富豪服用天價NMN不老藥的新聞你可曾耳聞。好在科學家同時發現,規律性的有氧運動能使線粒體的數量和體積均大大增加,同時良好的睡眠和輕斷食也會使線粒體出錯的機率下降,數量增加。至於飲食是如何影響我們的身體,那就等有時間再來詳解了。
腦洞時刻
無意識的億萬個真核細胞組合在一起,並且每2-3年就徹底更新為一個全新的,但偏偏組合在一起,就成了有意識的人,就產生了那些各種天馬行空的創造和激動人心的故事。而這個集合偏偏以為自己和兩三年前,二三十年前的那個人是同一個人,忒休斯之船的故事一再上演。並且這些可愛的微生物,組合在一起的時候為了整體的利益,竟然還做出壯烈的犧牲。古菌和真細菌這對相愛相殺的競爭對手,最後竟然迫於環境壓力組合成為一種全新的真核細胞,發展到極致的時候又彼此連線變成多細胞生物,從而增強自己的競爭力。最終演化成這顆藍色星球上讓人歎為觀止的多細胞生命形態。這個用幾億年的代價,以勝者生存,敗者永久消失為賭注的成功故事是否讓你想起點什麼?是對佛陀明悟的讚歎,是對市場競爭中對手的定義,還是公司乃至社會的集體無意識,亦或是對生命無常的感嘆!
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