為什么會感到累?
當我們靜止提著一個物體時,我們的身體并沒有對外做功,但我們感到的疲勞感告訴我們,我們的身體正在消耗能量去維持這個狀態,這種能量最終以熱量的形式釋放出去。肌肉的收縮過程本質上是一個生化反應過程,其中ATP是肌肉收縮所依賴的能量。當我們靜止提著一個物體時,我們的肌肉雖然沒有在做功,但是肌球蛋白和肌動蛋白會不斷分開和結合,消耗ATP提供張力,從而維持肌肉收縮的狀態。
這個過程中,我們的身體會消耗大量的ATP,肌肉組織中儲存的ATP是有限的,很快就會消耗干凈。不過肌肉中還儲存著另外一種高能高能磷酸化合物——磷酸肌酸,它提供的能量比ATP還稍多一些。當磷酸肌酸的儲備也用盡之后,活化的肌球蛋白和肌動蛋白會逐漸減少,我們會感到肌肉力量不斷減弱,最終肌肉會發生不自主的顫抖,直到徹底脫力。當處于休息狀態時,肌肉中儲存的ATP和磷酸肌酸會通過葡萄糖以及其它營養物質的轉化恢復。
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肌肉的結構和收縮過程
肌肉都是通過肌肉纖維收縮形成的,肌肉纖維是由肌束組成的,而肌束是由許多細長的肌纖維組成的。每條肌纖維都是由許多小的肌原纖維和肌原細胞組成的。每個肌原細胞都由一系列的小分支構成,這些小分支包含可收縮的薄肌絲和厚肌絲。薄肌絲上的肌動蛋白與厚肌絲上的肌球蛋白交錯排列,形成了一個復雜的六角形結構。
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肌肉的收縮過程就是由一系列生化反應控制的。當神經末梢向肌肉發出信號時,肌肉中的鈣離子會釋放出來,以促進肌肉的收縮。肌肉收縮的過程中,ATP被分解為ADP和無機磷酸鹽。磷酸肌酸是一種儲存在肌肉中的高能磷酸酯,它可以釋放出高能磷酸酯,幫助重建酸化ADP為ATP的反應速率。磷酸肌酸的儲存量更大,與肌肉中的ATP相比,它可以提供更長時間的能量。
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熱量的釋放和能量轉化
雖然提著一個物體的過程中消耗的是化學能,但這些能量最終會以熱能的形式釋放出去。肌肉一用力就釋放大量熱量,其實反應出來的是動物肌肉系統的低效。人體運動效率一般在10%~30%,也就是說運動時肌肉消耗100大卡的熱量,僅僅只有30大卡能夠轉化成動能,有高達70大卡的能量最終都會轉化成熱能。當我們處于靜息受力的狀態時,動能為零,此時肌肉消耗的能量完全轉化成了熱能。
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總之,人靜止提著物體不做功,會感到疲勞是因為肌肉收縮需要消耗能量,肌球蛋白和肌動蛋白會不斷分開和結合,消耗ATP提供張力,從而維持肌肉收縮的狀態。這個過程中,肌肉消耗的能量最終以熱能的形式釋放出去。肌肉中儲存的ATP和磷酸肌酸提供肌肉收縮所依賴的能量,但是它們都是有限的。肌肉中儲存的磷酸肌酸可以提供更長時間的能量,當磷酸肌酸儲備用盡之后,活化的肌球蛋白和肌動蛋白會逐漸減少,最終導致肌肉脫力。
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