运动时人体能量系统有哪些？ 快速搞懂运动三大能量系统！

当我们进行任何运动时，体内的能量来源并非单一，而是由三大能量系统：ATP-PC系统、乳酸系统与有氧系统互相配合运作，每种能量系统根据运动的强度与持续时间发挥不同的主导角色，了解这些系统的作用机制与彼此间的协调关系，不仅有助于提升运动表现与训练效率，更是运动安全与健康促进的重要基础！

〈延伸阅读：陈承勤医师个人网站「菁英心率解码」专栏〉

人体运动时如何产生能量？

人体运行包括运动在内的所有活动都需要能量，而能量来源于三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate, ATP），ATP是细胞可以直接利用的能量物质，主要由碳水化合物和脂肪产生，偶尔也可由蛋白质产生，肌肉细胞内储存的ATP非常有限，仅能维持短时间（约2-3秒）的高强度活动。为了持续运动，人体有三种主要的能量系统来补充ATP：





人体主要透过三个代谢路径来产生ATP，分别是两个无氧系统：ATP-PC系统(ATP-PC system)、乳酸系统(Lactic Acid System)，以及一个有氧系统(Aerobic System)。

磷酸原系统/ ATP-PC系统/ 无乳酸系统

• 运作方式：这是最快速产生ATP 的方式，利用储存在肌肉细胞中的磷酸肌酸(Phosphocreatine, PC)分解为磷酸及肌酸并释放出能量，释放出的能量可促使二磷酸腺苷（Adenosine Diphosphate, ADP）及磷酸根重新合成ATP。

• 特性：能量供应速度最快，能在短时间内提供爆发性的能量，总供应能量少，持续时间短（约8-10 秒），不需要氧气参与，不产生乳酸。

• 主要应用：短时间、爆发性、高强度运动，如百米短跑冲刺、跳高、举重、足球前锋的瞬间快速冲刺。

注：爆发力(Power)是在短时间内产生最大力量的能力，与ATP-PC 系统的功能密切相关。

ATP在人体内的作用是什么？为什么它被称为「生命的能量货币」？

三磷酸腺苷（ATP）是人体细胞主要的能量形式，就像货币是经济活动的交换媒介一样，ATP是细胞内能量转换和利用的通用媒介，因此被称为「生命的能量货币」。 ATP储存了化学能，当细胞需要能量进行各种生理活动时，例如肌肉收缩、神经传导、物质运输和合成代谢等，ATP会分解成二磷酸腺苷（ADP）和一个磷酸基团，并释放出能量供细胞使用，由于ATP是肌肉可以直接利用的唯一能量来源，没有ATP，肌肉就无法收缩，身体也就无法运动。因此，维持ATP的持续供应对于生命至关重要。
ATP＝ADP + 磷酸基团+ 能量

〈延伸阅读： 逆转糖尿病！ FEED ATOMS进食原子原则逆转神经传导失衡〉

〈延伸阅读：逆转糖尿病：破解粒线体功能异常与活性氧物质的秘密〉

什么是磷酸肌酸（PC）？它在ATP-PC系统中扮演什么角色？

磷酸肌酸（Phosphocreatine, PC）是一种高能磷酸化合物，储存在肌肉细胞中，在ATP-PC系统中，当肌肉细胞内的ATP被分解释放能量后，PC会迅速将其磷酸基团转移给ADP，重新合成ATP，这个过程由肌酸激酶（Creatine Kinase）催化。 PC的作用就像一个快速的ATP储备库，可以在短时间内迅速补充ATP，以应付高强度的爆发性运动。然而，PC在肌肉中的储存量也有限，因此ATP-PC系统提供的能量只能维持短暂的时间。

乳酸系统/ 无氧糖解系统

• 运作方式：在无氧情况下，分解储存在肌肉中的碳水化合物（葡萄糖或肝糖）产生能量并重新合成ATP，同时产生副产物乳酸。

• 特性：能量供应速度较ATP-PC 慢但比有氧系统快，可维持约1-3分钟的高强度运动，不需要氧气，产生的副产物为乳酸，乳酸累积超过身体能承受范围时可能导致肌肉疲劳。

• 主要应用：持续时间较长的高强度运动，如400 公尺径赛、篮球和足球比赛中的高强度跑动、间歇性运动。

乳酸是如何产生的？它对运动表现有什么影响？

乳酸是在无氧糖解过程中产生的。当运动强度较高，氧气供应不足时，肌肉细胞会将葡萄糖（肝糖）分解为丙酮酸，然后丙酮酸会进一步转化为乳酸。这个过程可以在没有氧气的情况下快速产生ATP，但效率不如有氧代谢。

乳酸的累积与运动引起的肌肉疲劳感有关，过去认为乳酸是导致肌肉疲劳和酸痛的直接原因，但近年来的研究表明，乳酸本身可能不是主要的罪魁祸首。乳酸的分解会导致氢离子浓度升高，使肌肉环境的酸度增加，这可能会干扰肌肉的收缩功能，导致疲劳。然而，身体可以代谢乳酸并将其转化为能量或其他物质。经过训练的人，身体清除乳酸的能力会更强，更能耐受高强度的无氧运动。
注：肝糖(Glycogen): 葡萄糖在动物体内的主要储存形式，储存在肌肉和肝脏中。

有氧系统/ 有氧糖解系统

• 运作方式：在氧气充足的情况下，将碳水化合物、脂肪甚至蛋白质完全分解成二氧化碳和水，产生大量ATP，这个过程在肌肉细胞的线粒体中进行，需要较长的时间才能开始产生能量（约60-80 秒）。

• 特性：能量供应速度最慢，但总供应能量几乎无限（主要依赖储存的碳水化合物和脂肪），需要氧气，代谢产物是二氧化碳和水，不产生乳酸，是持续长时间运动(超过1分钟至数小时)的主要能量来源。

• 主要应用：长时间、低至中等强度的耐力运动，如马拉松、长泳、慢跑、骑自行车、快走、足球运动中的恢复和持续跑动。

注：耐力（Endurance）：持续进行运动的能力，主要取决于有氧系统的功能。
〈延伸阅读：低糖饮食的效果及安全性：台湾本土研究全解析〉

有氧系统如何利用碳水化合物和脂肪产生能量？在不同运动强度下，能量来源的比例有什么不同？

有氧系统在氧气充足的情况下，可以利用碳水化合物（葡萄糖和肝糖）和脂肪酸作为燃料来产生ATP。这些燃料经过一系列复杂的代谢过程（如柠檬酸循环和电子传递链）在细胞的线粒体中被彻底氧化分解，产生大量的ATP、二氧化碳和水。
注：线粒体(Mitochondria): 细胞内的胞器，是有氧代谢的主要场所，被称为「细胞的发电厂」。

运动三大能量系统的协调作用与连续性

几乎没有任何运动只单纯使用某一个能量系统，大多数运动都是三个系统共同作用，只是比例有所不同，并随着运动强度和持续时间的变化而动态调整，能量连续性的概念强调了在运动过程中能量系统的逐步转换及共同作用，而非突然的切换。

运动强度、持续时间与三大能量系统的关系

运动时主要使用的能量系统取决于运动的强度和持续时间。

• 高强度、极短时间的运动主要依赖ATP-PC 系统。

• 高强度、短时间的运动（约1分钟）主要依赖乳酸系统。

• 低至中等强度、长时间的运动主要依赖有氧系统。

不同强度运动对粒线体（mitochondria）适应方向截然不同：

• 中低强度运动（如Zone 2有氧）：主要增加粒线体数量，提升有氧代谢容量与耐力基础。

• 高强度运动（如间歇训练、引体向上）：主要强化粒线体功能，提升呼吸链效率、诱发粒线体压力适应与品质重塑。

• 这两种适应并非互斥，而是互补。长期落实「有氧基础＋高强度刺激」的训练组合，正是打造低心率、高储备、强恢复心脏表现的细胞级密码。
  

〈延伸阅读： FEED ATOMS控糖运动策略：低强度训练与四不一没有〉

除了运动强度和持续时间，还有哪些因素会影响运动时主要使用的能量系统？

除了运动的强度和持续时间，以下因素也会影响运动时主要使用的能量系统：

• 个体的体能素质：具有较高有氧能力（Aerobic Capacity）的人，在进行相同强度的运动时，更倾向于依赖有氧系统供能，达到无氧阈值的时间也会更长。这意味着他们可以更长时间地维持较高的运动强度而不依赖无氧系统；无氧能力（Anaerobic Capacity）较好的人，则可以在无氧状态下维持更长时间的高强度运动，并且更能忍受及清除乳酸。

• 训练状态：经过个别训练的能量系统会更有效率地供能。例如，耐力训练可以提高有氧系统利用脂肪作为燃料供能的能力。

• 营养状况：运动前和运动期间的碳水化合物摄取量会影响肝糖的储存和利用，进而影响乳酸系统和有氧系统的供能。

• 环境因素：例如在高海拔地区，由于氧气供应减少，有氧系统的供能能力会受到限制，身体可能会更多地依赖无氧系统。

• 运动类型：不同的运动项目由于其特有的运动模式和强度变化，对能量系统的需求也不同。例如，足球比赛中包含了短时间的爆发性冲刺、中等强度的跑动以及低强度的步行和站立，因此需要三个能量系统的协同作用。

注：有氧能力(Aerobic Capacity)是身体利用氧气产生能量的能力，通常以最大摄氧量(VO2 max)来衡量，最大摄氧量(VO2 max)的单位为ml/kg/min，指一个人在海平面上，从事最激烈的运动时，组织细胞所能消耗或利用的氧之最高值，被认为是评估有氧耐力和心肺功能的核心指标，数值越高，代表心血管系统运输氧气能力和肌肉利用氧气的效率越强，体能素质通常也较好。无氧能力(Anaerobic Capacity)为人体在无氧条件下产生能量的能力。
〈延伸阅读：戴口罩运动对心率、血氧饱和度及呼气末二氧化碳有什么影响？ Meta-analysis分析一次看！ 〉

运动强度与能量来源的关系

在不同运动强度下，碳水化合物和脂肪作为能量来源的比例会有所不同：

• 高强度运动：身体更倾向于利用碳水化合物作为能量来源，因为碳水化合物可以在有氧和无氧条件下更快地产生能量。

• 中等强度运动：碳水化合物和脂肪的供能比例相对平衡。

• 低强度运动：身体主要依赖脂肪作为能量来源。虽然燃烧脂肪的比例较高，但总体能量消耗较少。

该如何分辨有氧运动和无氧运动呢？有何差异呢？

所谓的有氧运动和无氧运动是指在该运动中，哪一种能量系统占据主导地位，是主要依赖的能量系统。然而，实际上几乎没有运动会完全只使用单一的能量系统，而是三者以不同比例共同运作，只是某一种系统占比较高。

• 有氧运动：主要以有氧系统供能，通常是低至中等强度、持续时间较长的运动，如快走、慢跑、马拉松、游泳、骑自行车、跳绳等。

• 无氧运动：主要以无氧系统（ATP-PC 和乳酸系统）供能，通常是高强度、短时间的运动，如赛跑（短跑）、举重、重量训练等。

监测运动时心律可评估运动强度及推估主要使用的能量系统

心率与运动强度密切相关，通过监测运动时的心率，并对照最大心率的百分比，可以粗略估计当前运动强度下主要使用的能量系统。在大多数情况下，较高的心率通常对应着更高的运动强度和更多无氧系统的参与，运动生理学家使用心率作为摄氧量（VO2）的替代指标，这在缺乏代谢分析设备的情况下相对简易。
〈延伸阅读：正常人运动后血糖上升还是下降？运动完上升正常吗？深入剖析！ 〉

运动时常用的心率指标有哪些？最大心率、静止心率、最大心率百分比、储备心率百分比一次看！

最大心率

个人进行极高强度运动所能达到的最高心率，例如在激烈的竞赛或高强度间歇训练的最后阶段。 HRmax会随着体能锻炼的提高而略微下降，幅度约3-7%，并随着年龄的增长而缓慢降低，约每年0.6bpm，但个体差异巨大。此外，年龄无法准确预测HRmax，即使最先进的回归公式也有90%的误差幅度，即每分钟±18次(bpm)，其误差太大，无法应用于训练。概算公式：HRmax = 220 - 年龄，预估效果不佳且误差极大，不适用于运动训链，仅供一般人方便估算使用。使用HRmax = 205 −（0.5 ×年龄）， 对于40岁以上较不会低估最大心率。

静止心率

个人在静止状态下的最低心率。测量方法简单，只需静躺五分钟后测量。纵使是运动员，HRrest也存在显著的个体差异。绝对心率值对于训练没有意义，由于HRmax和HRrest的个体差异很大，使用绝对心率，例如Zone 2 = 110-120 bpm，作为训练目标是没有意义的。

最大心率百分比

是常见的标准化心率指标，将心率表示为HRmax的百分比。 %HRmax的缺点在于只考虑了HRmax，却忽略了HRrest的个体差异。此外，过低的%HRmax值，例如10%或20%HRmax无实质上意义，因为在生理上对大多数人来说是不可能达成的。

储备心率百分比

是种较好的标准化心率指标，兼顾HRmax和HRrest，将心率范围视为从HRrest（0%）到HRmax（100%）的『油门』。相较于%HRmax，%HRR与最大摄氧量百分比(%VO2max)有很好的相关性，%VO2max通常被用作运动生理学中相对代谢强度的黄金标准。
假设运动的目标心率为HRtarget = HRt
%HRR = (HRt - HRrest) / (HRmax - HRrest) × 100
HRt = HRrest + (%HRreserve / 100) × (HRmax - HRrest)
注：bpm=beats per minute每分钟心搏数

阻力训练（重量训练）对能量系统和身体组成有何影响？

阻力训练虽然不一定在运动过程中消耗大量热量，但可以有效增加肌肉量，肌肉量的增加可以提高基础代谢率，即使在休息时也能消耗更多能量。此外，阻力训练主要依赖ATP-PC 系统和乳酸系统提供短时间的爆发力。

运动强度与脂肪燃烧

低强度运动时，脂肪供能的比例较高，但总热量消耗较少。高强度运动虽然脂肪供能比例可能较低，但总热量消耗较多，且有后燃效应，因此减脂效果可能更好。
注：后燃效应(excess post - exercise oxygen consumption, EPOC)为运动后身体持续消耗氧气和热量的现象。

运动训练如何影响人体的能量系统？为什么了解能量系统对于制定有效的运动训练计划很重要？

针对特定运动的能量系统进行训练，改善能量系统的效率和容量，可以提高在该项目中的运动表现：

• ATP-PC系统训练：短时间、高强度的间歇训练，并有充足的休息时间，可以增加肌肉中ATP和PC的储存量，提高系统的供能速度和能力。

• 乳酸系统训练：持续时间较长（例如30秒至2分钟）、高强度的重复训练，中间间歇较短，可以提高肌肉的无氧代谢能力，增强身体对乳酸的耐受性和清除能力。

• 有氧系统训练：持续时间较长、中低强度的运动，例如长跑、游泳或骑自行车，可以提高心血管系统的功能，增加氧气的运输能力，增强肌肉细胞利用氧气产生能量的效率，并提高脂肪的代谢能力。

此外，合理的训练计划也应该考虑到各个能量系统之间的相互作用，以及运动强度、持续时间和个体健康水平对能量系统使用的影响，以达到最佳的训练效果。

阈值是什么？ LT1和LT2的差别是什么？

第1乳酸阈值(Lactate Threshold 1, LT1)和第2乳酸阈值(Lactate Threshold 2, LT2）：LT1 和LT2通常是透过渐增负荷跑步机测试中的血液乳酸检测来估计的。

LT1（第一乳酸阈值）又称有氧阈值

• 定义：运动强度较低时，乳酸开始在血液中轻微上升的临界点（通常为乳酸浓度2 mmol/L左右）。在生理层面上，超过LT1会导致慢缩肌纤维效率下降，并征召更多的快缩肌纤维，这也伴随着运动过程中摄氧量的缓慢上升，LT1代表从轻松到中等强度向较高有氧强度的转变。

• 生理机制：此时身体主要依赖有氧代谢（利用氧气分解葡萄糖、脂肪供能），乳酸产生速度低于清除速度，乳酸浓度维持稳定。

• 运动强度：约为最大摄氧量（VO₂max）的55-65%，或最大心率HRmax的65-75%。

• 训练意义：属于「低强度有氧区」，适合长时间耐力训练（如长跑、长距离骑车），可提升脂肪代谢效率和心肺耐力。

LT2（第二乳酸阈值）又称无氧阈值

• 定义：运动强度达到某一临界点时，乳酸产生速度超过清除速度，导致乳酸浓度快速上升（通常为4 mmol/L左右）。

• 生理机制：有氧系统无法满足能量需求维持目前的运动强度，无氧糖解（乳酸）系统供能比例显著增加成为主导系统，导致乳酸开始快速累积的临界点。 LT2是乳酸达的产生及清除达最大平衡状态，称为最大乳酸稳定状态(maximal lactate steady state, MLSS)，代表在维持氧气消耗、肌肉酸度和其他关键生理指标稳定的情况下所能达到的最高代谢强度。超过LT2后，身体处于一个无法持续的代谢状态，摄氧量和血液乳酸会持续上升，最终导致力竭。

• 运动强度：约为VO₂max的80-90%，或HRmax的85-90%。

• 训练意义：代表「可持续的最高强度」（如马拉松配速），在此强度下约能维持30-60分钟，提升乳酸阈值能延缓疲劳，是耐力运动员的关键训练指标，有氧健身锻炼较高的人，可以更长时间地维持有氧供能，延缓无氧阈值的到来。

LT1和LT2划分了三个关键的强度区域

• 低于LT1：血液乳酸与基础值无异，摄氧量稳定，对有氧系统的挑战不大。

• 介于LT1和LT2之间：血液乳酸升高但稳定，摄氧量在运动开始后的10-15分钟内逐渐上升然后达稳定。这个区域对有氧系统构成显著挑战，但不消耗无氧能量储备。

• 高于LT2：血液乳酸和摄氧量持续上升，无法达稳定状态，身体依赖无氧能量储备，最终导致力竭。

监测心率区间的根本目的是判断运动强度与LT1和LT2的关系，所有心率区间模型的根本目的，是透过将心率与特定的代谢强度和生理反应模式联系起来，从而获得特定的训练益处。例如若跑者运动强度位于五区间训练模型中的Zone 2区间，表示在此强度下的有氧挑战较低，血液乳酸值不升高，且主要依赖慢缩肌纤维。

总结

了解ATP-PC、乳酸与有氧三大能量系统，有助于制定个人化运动计画并提升运动表现，大多数运动皆结合三者运作，建议先经由专业医师进行完整风险评估，如心电图、心脏超音波与肺功能等检查，再依个人状况开立运动处方，确保安全与效果。希望阅读完以上资讯后，能帮助您更好地理解运动三大能量系统，如果您对此有任何疑问，欢迎随时联络我们。

参考文献

1. American College of Sports Medicine. (2024). ACSM's guidelines for exercise testing and prescription (12th ed.). Wolters Kluwer.
2. American Diabetes Association. (2026). Standards of care in diabetes—2026. Diabetes Care, 49 (Supplement 1), S1–S320.
3. Haff, GG, & Triplett, NT (Eds.). (2021). Essentials of strength training and conditioning (4th ed.). Human Kinetics.
4. Chen, CC, Lin, TT, & Chen, CY (2025). Diabetic glycemic control tips “FEED-ATOMS principle”: High blood glucose control and cardiovascular risk reduction. Journal of Internal Medicine of Taiwan, 36 (4), 255–263.
5. Fiorenza, M., et al. (2026). Sprint interval exercise disrupts mitochondrial ultrastructure driving a unique mitochondrial stress response and remodelling in men. Nature Communications,
6. Vabishchevich, V., Smith, RT, & Bittel, AJ (2026). Markers of clinical and mitochondrial adaptation in response to moderate intensity continuous training: A systematic review and meta-analysis. PLOS ONE, 21(1), e0339902.
7. Marcourt, C., et al. (2026). High-intensity interval and moderate-intensity continuous training on cerebral energy metabolism in older rats. GeroScience, 48(2), 2797–2812.
8. 陈承勤（2025）逆转糖尿病！控制血糖五要素：食物、运动、减重(脂)、药物、监测装置＋饮食控制四原子：总量、种类、顺序、速度。台北市：幸福绿光。
9. 卫生福利部国民健康署（2023）运动计算机与国民健身指引。取自https://www.hpa.gov.tw