能量代谢与血液循环
（一）能量代谢系统
不同攀爬活动对应的能量供应形式存在一定差异，三种不同形式的竞技攀岩运动在系统供能上也有所不同，主要因运动训练的时间、次数、强度等训练指标而异。从生理基础供能的角度来看，攀岩运动训练过程中所采用的供能系统主要取决于现实训练中运动强度和运动量，可能为磷酸原系统、酵解能系统或有氧能系统中的一种或几种，提供能量的物质主要为脂肪、蛋白质和糖。
1.ATP-CP代谢系统
ATP-CP代谢系统又称为磷酸原系统，通常是指ATP和磷酸肌酸（CP）组成的系统。ATP和CP合称为磷酸盐，其中CP是储藏在肌肉细胞内的高能量磷酸化合物，是体内磷酸肌酸分解与再合成保持在高水平状态所必需的物质基础。肌肉肌酸分解时可释放出大量能量并使ADP和无机磷酸再合成为ATP，每1克分子量CP分解后能再合成1克分子量的ATP。然而，人体肌肉中存储的磷酸盐总量不多，男子约有0.6克分子量，女子约有0.3克分子量。因此，在竞技攀岩运动训练中，利用此系统所提供的能量是极为有限的。例如，在速度攀岩中，ATP-CP供能系统仅能维持6-8秒的时间。就肌肉肌酸的分布情况来看，肌肉快肌纤维中的磷酸肌酸含量比慢肌纤维多10%-15%，而三磷酸腺苷在各种肌肉纤维中的浓度都是一样的。在攀岩运动训练中，磷酸原系统最大无氧供能能力取决于磷酸盐在肌肉中的数量和机体的利用速率。肌肉细胞中高能磷酸盐化合物的储备直接影响短时极限攀岩运动的运动能力，它不仅是攀岩运动的主要能源物质，而且直接影响着运动员运动成绩和水平。
磷酸盐供能系统（ATP-CP）在速度攀岩中起着极为重要的作用。在短时间内，最大负荷运动需要即时和快速的能源供应，它通过高能磷酸盐化合物ATP和磷酸肌酸（CP）实现。在速度攀岩中，能量供应主要来自于肌肉中的磷酸盐（ATP、CP）供能，磷酸盐会在极短的时间内消耗殆尽。研究表明，在最大强度运动后，机体恢复高能磷酸盐化合物的能力非常关键，因为磷酸肌酸的消耗和细胞内H浓度的增加是短时间极限运动后产生运动性疲劳的最重要原因。在攀岩运动间歇性训练中，休息时运动员体内磷酸肌酸含量得以迅速恢复，肌肉肌酸储量的补给能够提高磷酸原无氧系统的容量，磷酸肌酸的分解与再合成速率较高，因而能够有效地提高攀岩运动员运动能力。
速度攀岩运动训练的特殊性会对机体磷酸原系统无氧供能能力产生实质影响，能使速度攀岩运动员具有较高的能力指标。磷酸原系统无氧供能的功率在氧当量上的反映是：可达到200—250毫升/千克/分钟，速度攀岩高水平运动员在该指标上的能力较为突出。在攀岩运动训练中，短时间训练可以显著提高磷酸原系统的能力，不仅可以提高肌肉组织中三磷酸腺苷和磷酸肌酸的含量，也可以提高肌肉组织对这些物质的分解利用能力。经过一段时间的速度攀岩训练，运动员机体磷酸原无氧能量供应系统的最大容量能得到提升，具体体现在：未受过攀岩专业训练的人在使用磷酸肌酸供能时，一般要消耗1.9-2.5公升的氧气，而通过专业速度力量训练后，机体磷酸原供能容量可以增加0.8-1.4倍。磷酸原能量供应系统产生训练适应后，酶的活性会得到提高，进而加速磷酸盐的再合成，磷酸原系统无氧供能能力也会随之增强。
2.乳酸代谢系统
乳酸代谢系统又称无氧代谢系统。在缺氧状态下，肌糖原分解的代谢产物为乳酸。当肌肉和血液中的乳酸积累到一定程度时，可致使肌肉产生暂时性疲劳。在无氧状态下，代谢系统中糖分解所产生的能量可使ATP得以还原，但肌糖原分解提供ATP再合成数量远不如有氧状态下的ATP合成数量。
乳酸代谢系统在难度攀岩和抱石攀岩运动中的作用极为重要。一般情况下，难度攀岩比赛的时间在6分钟左右，抱石攀岩比赛的时间为4分钟。在攀岩比赛整个过程中，运动员运动消耗的能量部分来源于ATP-CP供能，部分来源于乳酸供能。随着比赛时间的不断推进，能量供应情况也会发生动态变化。总体来看，运动员消耗的大部分能量由乳酸代谢系统提供，在持续运动的最后阶段，乳酸代谢系统的供能作用非常突出。
3.有氧代谢系统
有氧代谢系统又称有氧供能系统。在攀岩运动耐力训练中，人体所需的ATP主要取自有氧代谢系统。在机体有氧代谢状态下，同等量的肌糖原全部分解后的代谢产物是二氧化碳和水，所释放的能量可用于生产13倍无氧状态下合成的ATP。就场所而言，和无氧代谢场所一样，机体有氧代谢场所也在肌肉细胞内，肌肉纤维细胞内的线粒体是有氧代谢状态下ATP生成或还原的场所，故细胞内的线粒体被人们称之为人体运动的“发电厂”。显然，肌细胞内线粒体数量的多少将直接影响有氧代谢的水平。另外，研究发现，攀岩运动员的肌纤维类型与线粒体的数目密切相关。难度攀岩和抱石攀岩选手肌肉中红肌纤维内的线粒体数目远比白肌纤维的多得多，而速度攀岩优秀选手肌肉中白肌纤维的比例明显高于红肌纤维。运动员生理机能的解剖学结构为我们针对不同选手开展不同类别的训练活动提供了生理基础，不仅有助于提高攀岩运动科学训练的针对性，而且也为攀岩运动的科学选材提供了生理依据。
攀岩运动要求运动员的神经系统始终保持兴奋，并具有良好的协调活动能力。研究表明，有氧训练能够有效提高运动员神经系统的调节能力，增强神经系统对有氧活动及长时间攀爬运动的适应能力。训练影响有氧耐力的中央机制是运动员心脏泵血功能的适应性改变，攀岩运动训练亦是如此。具体而言，攀岩运动训练主要通过加强攀岩运动员的心脏泵血功能来增加动脉血管内和骨骼肌内的血流量，进而改善攀岩运动员有氧耐力。训练影响有氧耐力的外周机制是：训练能够改善攀岩运动员单位时间内的肌肉血流量和肌纤维的有氧代谢能力，进而增强攀岩运动员的有氧能力。因此，在攀岩训练中，运动员速度能力和有氧能力的提高主要是相应的肌纤维面积增大和能量代谢功能提高的结果。
有氧代谢系统的另一特性与代谢物质的种类有关。例如，作为能量代谢的物质基础，脂肪、蛋白质和肌糖原在有氧状态下都可通过分解释能供ATP合成。在进行攀岩训练长时运动（有氧状态）时，肌糖原和脂肪是生成ATP能量的主要能源，蛋白质在脂肪逐渐耗尽之时才开始启用。有氧代谢系统不仅可使肌糖原、脂肪分解释能供ATP合成，且肌糖原、脂肪分解产生的代谢产物不会成为致使身体疲劳的物质。可见，有氧代谢系统是长时间耐力运动的基础，攀岩运动员有氧代谢水平将直接影响着耐力运动成绩。
综合来看，三种不同能量代谢系统在氧供应状态、ATP合成速率、能量源和合成量等方面存在一定的差异，具体如下表3-1所示。另外，由于机体机能存在一定差异，运动员在攀岩运动训练过程中对能量物质的转化与利用也不同，即能量物质的利用率不同。所谓能量的利用效率指单位耗氧量条件下机体做功的能力，主要包括两个方面的含义：一是运动员对技战术的掌握和运用程度；二是运动员通过遗传或后天训练获得的对能量物质利用的能力。一般而言，优秀的运动员具有良好的能量物质利用能力。多项研究表明：攀岩运动员成绩差异有65%是由能力利用率差异导致的。因此，优化动作和提高能量利用率是改善运动员运动成绩的关键所在。
表3-1 3种不同能量代谢系统一般特性的比较(https://www.daowen.com)
（二）血液循环系统
氧是ATP能量产生或再生的重要条件。空气中的氧需要呼吸系统和血液循环系统通力合作才能输送到肌肉细胞中的线粒体中，以供ATP合成。整个输送路径是：肺→肺部毛细血管→肺静脉→左心房→左心室→主动脉→各组织处毛细血管→组织细胞。研究发现，外界的氧气需要通过体内18层胞膜才能进入肌细胞线粒体。新鲜空气一旦进入肺泡，空气与血液之间的氧与二氧化碳的交换便开始了，这就是第一阶段的气体交换。交换的位置是在肺泡血管膜上，肺泡血管膜是一层极薄的组织层，主要功能是将肺泡中的空气与肺泡微血管中的血隔开。第二阶段为血液和骨骼肌组织间的气体交换，即在组织——微血管膜上进行。气体从第一阶段到第二阶段的交换，会受到多种因素的影响。
氧的输送主要依靠血液循环系统。血液循环系统内的心血管系统是一个由心脏、动脉、毛细血管及静脉组成的一个封闭运输系统。其中，心脏的作用是：提供动力推动血液在血液循环系统内循环流动，为机体各种细胞提供了赖以生存的营养物质和氧气，并带走细胞产生的代谢产物二氧化碳。血液输送氧及二氧化碳的方式有两种：一是溶解于血液中；二是与血液化学结合。通常情况下，氧的输送主要采用第二种方式，即大部分的氧与红血球的血红蛋白进行化学结合后被输送。氧与血红蛋白结合后会随着血液一起流动，先经过动脉血管经微动脉到达经毛细血管，最后到达气体交换的第二阶段位置，即进入细胞线粒体。显然，气体进入第二阶段的交换主要受到红细胞数目、血色素含量、肌肉中微细血管的数目和密度等因素的制约。
在运动训练实践中，常用的估算运动员心血管系统功能的简易方法为心率测量方法，即根据攀岩运动的基本类型分析运动强度。优秀攀岩选手与正常人每搏输出量和心率具有显著差异，具体如下：一般而言，在安静状态下，一般人每搏输出量为70～80毫升，心率为65～80次；优秀选手每搏输出量为100～110毫升，心率为50～60次。在最大强度下，一般人每搏输出量可达120毫升，优秀选手可达170毫升。另外，运动时，血液分配会因机体生理变化而发生显著变化：一是身体肾、肝、皮肤等动脉血管收缩后变细；二是供应骨骼肌的动脉血管和骨骼肌内的毛细血管扩张，这些生理变化使骨骼肌内得以输入大量带氧的血液。达到最大强度运动时，肌肉可分配到85%的血液，而安静状态下肌肉分配到的血液量仅为15%（表3-2）。
表3-2 安静时和最大强度运动时的血液分配情况
在实践中，人们往往利用最大耗氧量利用率与乳酸生成的密切关系，即通过测试乳酸浓度来了解人体的输氧能力。研究发现：随着攀岩运动训练强度逐渐增加，乳酸浓度达到4mmol/L或36mg%后会开始急剧增加，这一临界点可称“乳酸阈”或“无氧阈”。在同一个无氧域值内，运动强度愈大，说明运动员机体氧的输入功能愈强，利用率愈大，有氧代谢水平愈高。
（三）主要项目代谢
不同类别的攀岩运动（训练）具有不同的能量代谢方式和特点，如速度攀岩运动训练所需的能量同时涉及有氧代谢系统和无氧代谢系统，但不同攀爬路径的作业强度下的能量供应方式通常以无氧代谢供能为主；难度攀岩运动训练关键分值的取得涉及许多瞬间的专业技术手法与技能的完成，这些动作技能在无氧状态下进行。因此，为便于比较不同攀岩项目（运动）代谢情况，通常要把攀岩运动（训练）的有效负荷作业时间作为讨论的基础，通过持续作业时间来判断攀岩运动能量代谢供能特点。作业时间指攀岩实际运动（训练）所需的时间，有效负荷的作业时间则是指攀岩运动最强负荷阶段的作业时间。有效作业时间相同的不同攀岩运动训练的能量代谢特点具有高度的相似性和同类性。因此，速度攀岩作业负荷强度变化不大，其能量代谢特点具有相对的相似性。
乳酸代谢系统供能效率与作业时间、作业强度密切相关，并呈现出显著差异。导致这一差别原因有以下两点：一是在高强度运动中，乳酸代谢系统需要一些启动时间。因此，在高强度运动的初始阶段，乳酸代谢系统无法提供能量供ATP再次合成。二是进行一段时间乳酸代谢系统参与的较高强度的攀岩活动后，机体往往会因乳酸大量堆积而产生肌肉疲劳，运动强度随之降低，有氧代谢供能比例增大。因此，在实际攀岩运动（训练）中，纯粹以乳酸代谢供能的形式并不多见，往往会有其他代谢系统共同参与其中。在不同的作业时间中，能量供应系统存在一定的差异，具体如表3-3所示：
表3-3 能量供应系统的五个分区比较
能量利用效率（经济性）是决定机体有氧能力的外周机制之一。就其定义而言，能量利用的效率是指单位耗氧量条件下机体做功的能力。在攀岩运动中，能量利用效率可以通过攀爬经济性指标来反映。一般而言，运动员技战术掌握、运用得越好，通过遗传或训练获得的能量物质利用能力越高，能量利用的效率也会越高。优秀攀岩运动员经常在各种不同地形和结构的岩壁上攀登，他们往往能根据岩壁和岩点的类型、路线的难易合理调节和利用肌肉，优化攀岩动作，因而能量利用效率高。