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编辑：张敏 校对：傅庭祥 运动强度和募集的肌纤维类型是决定碳水化合物利用的主要因素； 人体内储存的碳水化合物是十分有限的。 糖原分解、糖酵解的激活受多种因素的调节，如激素、肌肉内钙离子水平和能量电荷。 无论进行高强度的冲刺训练（如短跑）还是耐力型运动，碳水化合物在维持肌肉活动的能量供给方面都起着至关最重要的作用。我们将分为上下两篇来分享它们的代谢过程和作用。
我们将介绍以下方面：首先，碳水化合物在体内的存储位置和存储方式；其次，人体内储存了多少碳水化合物；最后，影响运动中碳水化合物使用时间和使用程度的主要因素。碳水化合物以糖原的形式储存。糖原是由许多相互连接的葡萄糖分子组成。当然，葡萄糖是一种碳水化合物，它可以被身体的所有细胞直接用于提供能量，产生ATP。因此，当身体需要利用储存的碳水化合物来产生能量时，单个的葡萄糖单位会从母糖原分子中被移除。肌糖原的主要功能是为肌肉提供葡萄糖。肝糖元的主要功能是维持血糖水平，这是至关重要的，因为在运动时，肌肉从血液中提取葡萄糖作为燃料。从能量的角度来看，血液中葡萄糖的含量非常少。（*肝糖是指储存在动物组织内的多糖，是细胞内的葡萄糖分子借由肝糖合成酶所合成。肝糖分子通常很大且可能包含数百到数千个葡萄糖分子，细胞储存肝糖作为能量来源。肝糖分解作用也会发生在肝脏，分解后的葡萄糖将进入血管通过循环带到全身各组织。肝糖对于运动代谢的重要性在于其储存在肌肉和肝脏两者之中）一个平均154磅（约140斤）的人，体内以碳水化合物的形式提供总能量约为2000千卡，由此可见碳水化合物的在身体里的储存量是非常有限的。因此，碳水化合物会在长距离耐力运动和持续时间足够长的高强度运动中消耗殆尽。 让我们比较一下储存在体内的碳水化合物和储存在体内的脂肪的数量，同样一个154磅（约140斤）的人，在我们的脂肪储存中有超过100,000千卡的能量，这是碳水化合物含量的50倍。在一次运动中脂肪储备不可能被耗尽。更大程度上使用脂肪作为燃料的能力在耐力或有氧训练中非常关键，这可以使我们宝贵的碳水化合物储备得以保存。有很多因素影响我们在一次运动中消耗碳水化合物的程度，如运动强度和持续时间、运动类型、营养状况、训练水平等等。其中，运动强度和持续时间的影响最大。下方显示的是一个最大摄氧量（VO2max）的分级运动测试。在早期，低运动强度的工作负荷，供能更快的显然是肌肉的首选燃料。在测试过程中，随着运动强度的增加，对碳水化合物作为燃料来源的依赖也会随之增加。如图所示，在某强度时出现“交叉点”，碳水化合物提供的比例会超过脂肪。当运动强度超过交叉点时，对脂肪代谢的需求就会逐渐转化为对碳水化合物代谢的需求。 当我们仔细观察燃料的确切来源时，通过之前的分级运动测试可知，运动强度在VO2max的25%时，肌肉大约90%的能量来自于循环中的游离脂肪酸和储存在肌肉中的脂肪/甘油三酯。在运动强度高达VO2max的85%时，碳水化合物（肌糖原+血糖）的供能比例约占循环的75%。在较高的运动强度下，导致更多地依赖碳水化合物的主要因素是所募集的肌纤维类型的特征。我们将在下篇深入讨论这些特征。现在只需要知道，在高运动负荷下，我们必须使用肌肉中的II型肌纤维来产生必要的力量。这些II型肌肉纤维更多的依赖碳水化合物作为燃料。
肌肉消耗的大部分碳水化合物来自于糖原储存，让我们看一下这些储存是如何在运动中被调用起来的。 单个葡萄糖单位以葡萄糖-6-磷酸的形式从主要糖原分子中被系统地移去。在肌肉中，这些葡萄糖6-磷酸单元可以进入糖酵解的途径，最终产生ATP。运动中糖原的分解，称为糖原分解，是由磷酸化酶激活的。磷酸化酶，在运动过程中可以通过肾上腺激素、肾上腺素的增加或收缩肌肉细胞钙离子水平的增加来激活。这两种机制都在运动过程中磷酸化酶的激活和肌糖原的分解中发挥作用。如前所述，糖原分解形成的6-磷酸葡萄糖将进入糖酵解ATP生成途径。 运动过程中，糖酵解途径中的关键酶被激活。
正如之前关于ATP的内容所述，当肌肉的能量电荷低于静息水平时，ATP生成途径如糖酵解就会启动。运动强度越大，ATP的利用率就越高，从而导致运动中肌肉的能量电荷大幅下降。基本上，ATP利用率越高，糖酵解等ATP生成途径的激活就越强。让我们更仔细地研究一下运动强度和糖原分解之间的关系。这里显示的是五种不同强度的运动（*横坐标指运动持续时间，纵坐标指肌肉糖原，不同颜色线条分别对应不同运动强度） 在运动强度最高的时候（最大值的150%）——肌糖原正在以非常高的速度被分解和消耗。这种反应主要有两个原因：首先，在这种运动强度下ATP的利用率非常高。ATP的生成必须跟上步伐，产生的大部分ATP都是来自已经储存在肌肉中的糖原，没有足够的时间来动员储存在脂肪组织中的脂肪甚至是储存在肝脏中的糖原，因而这种运动强度只能维持很短的时间。第二，在高强度的运动中，我们主要是动员的是II型肌纤维，它们更多地依靠碳水化合物而不是脂肪作为燃料。我们再来看另一个极端——轻松的工作负荷（约最大值的31%），肌糖原消耗率明显降低。这可以用以下因素来解释。第一，在这种工作负荷下ATP利用率较低；第二，正如上文提到的“交叉”概念，更大程度上依赖脂肪作为燃料来源；第三，提升了I型肌纤维的使用率，它可以通过有氧代谢方式来消耗糖原和葡萄糖，从而减缓碳水化合物的利用率。 当肝糖和葡萄糖被无氧糖酵解的方式分解时，只产生2个ATP。然而，当完全相同的糖原和葡萄糖分子被有氧分解时，会产生30余个ATP（*一个葡萄糖分子有氧分解可得32个ATP，肝糖所制造的净ATP比葡萄糖多一个）。因此，线粒体中的有氧分解可以使它们产生15倍以上的ATP。由于ATP产量增加，肌肉消耗碳水化合物的的速度会慢很多。但是无论葡萄糖是厌氧还是有氧分解，糖酵解途径的最初10步是相同的。运动强度和募集的肌纤维类型是决定碳水化合物利用的主要因素；糖原分解和糖酵解激活受多种因素的调节，如激素、肌肉内钙离子水平和能量电荷。
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