为什么会感到累?
当我们静止提着一个物体时,我们的身体并没有对外做功,但我们感到的疲劳感告诉我们,我们的身体正在消耗能量去维持这个状态,这种能量最终以热量的形式释放出去。肌肉的收缩过程本质上是一个生化反应过程,其中ATP是肌肉收缩所依赖的能量。当我们静止提着一个物体时,我们的肌肉虽然没有在做功,但是肌球蛋白和肌动蛋白会不断分开和结合,消耗ATP提供张力,从而维持肌肉收缩的状态。
这个过程中,我们的身体会消耗大量的ATP,肌肉组织中储存的ATP是有限的,很快就会消耗干净。不过肌肉中还储存着另外一种高能高能磷酸化合物——磷酸肌酸,它提供的能量比ATP还稍多一些。当磷酸肌酸的储备也用尽之后,活化的肌球蛋白和肌动蛋白会逐渐减少,我们会感到肌肉力量不断减弱,最终肌肉会发生不自主的颤抖,直到彻底脱力。当处于休息状态时,肌肉中储存的ATP和磷酸肌酸会通过葡萄糖以及其它营养物质的转化恢复。
肌肉的结构和收缩过程
肌肉都是通过肌肉纤维收缩形成的,肌肉纤维是由肌束组成的,而肌束是由许多细长的肌纤维组成的。每条肌纤维都是由许多小的肌原纤维和肌原细胞组成的。每个肌原细胞都由一系列的小分支构成,这些小分支包含可收缩的薄肌丝和厚肌丝。薄肌丝上的肌动蛋白与厚肌丝上的肌球蛋白交错排列,形成了一个复杂的六角形结构。
肌肉的收缩过程就是由一系列生化反应控制的。当神经末梢向肌肉发出信号时,肌肉中的钙离子会释放出来,以促进肌肉的收缩。肌肉收缩的过程中,ATP被分解为ADP和无机磷酸盐。磷酸肌酸是一种储存在肌肉中的高能磷酸酯,它可以释放出高能磷酸酯,帮助重建酸化ADP为ATP的反应速率。磷酸肌酸的储存量更大,与肌肉中的ATP相比,它可以提供更长时间的能量。
热量的释放和能量转化
虽然提着一个物体的过程中消耗的是化学能,但这些能量最终会以热能的形式释放出去。肌肉一用力就释放大量热量,其实反应出来的是动物肌肉系统的低效。人体运动效率一般在10%~30%,也就是说运动时肌肉消耗100大卡的热量,仅仅只有30大卡能够转化成动能,有高达70大卡的能量最终都会转化成热能。当我们处于静息受力的状态时,动能为零,此时肌肉消耗的能量完全转化成了热能。
总之,人静止提着物体不做功,会感到疲劳是因为肌肉收缩需要消耗能量,肌球蛋白和肌动蛋白会不断分开和结合,消耗ATP提供张力,从而维持肌肉收缩的状态。这个过程中,肌肉消耗的能量最终以热能的形式释放出去。肌肉中储存的ATP和磷酸肌酸提供肌肉收缩所依赖的能量,但是它们都是有限的。肌肉中储存的磷酸肌酸可以提供更长时间的能量,当磷酸肌酸储备用尽之后,活化的肌球蛋白和肌动蛋白会逐渐减少,最终导致肌肉脱力。
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