Anaerobic 本身是指沒有氧氣的意思，無氧系統（anaerobic system）亦即是能夠在沒有氧氣的情況下重新合成 ATP 的供能系統。人體內總共有兩個無氧系統，它們分別是ATP-PC 系統（ATP-PC system）和乳酸系統（lactic acid system）。

ATP-PC 系統

ATP-PC 系統是一個較為簡單的無氧系統。在人體的肌肉細胞內，其實還儲存著另一種高能量化合物－磷酸肌酸（phosphocreatine，簡稱 PC；亦有稱作 creatine phosphate，CP）。當 PC 被分解(1) 的時候，就會釋放出能量，而這些能量就可以用來重新合成 ATP。

PC --> P + C + 能量

能量 + ADP + P --> ATP

不過，PC 在人體內的儲存量也是極為有限 ，人體全身的肌肉內只有 450 至 510 微摩爾 PC，或 4.5 至 5.1 千卡的能量(2)，而且要重新合成 PC 的話，原來也是要用上 ATP 被分解時所釋放出來的能量，只不過這過程會在運動後人體處於恢復狀態之下才進行。因此，當 PC 在極高強度肌肉活動（如短跑）中被消耗殆盡時，便要等待運動結束後才可以得到恢復了。

以一個人的體重為 70 千克計算，全身肌肉的重量約為 30 千克，肌肉內 ATP 及 PC 的總存量為120 + 450 = 570 至 180 + 510 = 690 微摩爾，亦即相當於 5.7 至 6.9 千卡的能量(3)，僅足以維持不到十秒的盡全力活動。由此可見，ATP-PC 系統所能提供的能量極為有限，但它的重要性並不在於所能夠提供能量的多寡，而在於能夠提供即時的能量作肌肉活動之用。因此，對於那些強度大、速度高，並且只需在數秒間完成的活動，如起跑、跳躍、投擲、舉重等，ATP-PC 系統的作用尤為重要。

由於 ATP-PC 系統並不需要把氧氣輸送到肌肉中才能運作，所需的燃料（ATP 及 PC）亦早已儲存於肌肉細胞之中，而且當 PC 被分解時所涉及的化學反應亦較另外兩個供能系統少，所以ATP-PC 系統是人體內最迅速的能量來源。

備註：
(1) 與 ATP 被分解時的情況相類似，PC 被分解時，最末端的一個磷酸鹽（phosphate）分子便會脫離母體（PC），並同時釋放出能量。
(2) 根據Hultman（1967）及Karlsson（1971），每千克（kg）的肌肉內有 15 至 17 微摩爾（mM）的 PC，若以每 1 摩爾（mole）PC 同樣可釋放 10 千卡（kcal）能量計算，這相當於 0.15 至 0.17 千卡的能量。假設一個人的體重為 70 千克，則全身的肌肉重量約為 30 千克，所以全身肌肉內 PC 的儲存量為 450 至 510 微摩爾，亦即相當於 4.5 至 5.1 千卡的能量。
(3) Hultman (1967)及Karlsson (1971)。

乳酸系統

除了 ATP-PC 系統外，人體還可以在沒有氧氣的情況下，借助乳酸系統來產生能量供肌肉活動之用。首先要認識到人會把體內的碳水化合物（carbohydrates）先轉化為葡萄糖（glucose），然後供機體使用，或者以肝醣（liver glycogen）及肌醣（muscle glycogen）的形式，分別儲存於肝及肌肉內。

在沒有氧氣的情況之下，乳酸系統會把這些醣元（以上各種糖類的統稱）分解，經過一系列的化學反應後釋放出能量，但同時亦會產生一種名為乳酸（lactic acid）的代謝產物。由於醣元未能被完全氧化（oxidized），所以乳酸系統在無氧醣酵解（anaerobic glycolysis）的情況下，產生的能量遠比在氧氣充裕的情況下作有氧醣酵解（aerobic glycolysis）來得少。例如，在無氧的情況下，1 摩爾或 180 克（g）醣元理論上可以產生 2 摩爾或 180 克乳酸及 3 摩爾 ATP，但在氧氣充足的情況下，同樣是 1 摩爾的醣元卻可以產生 39 摩爾的 ATP。

不過，由於運動時肌肉及血液只能承擔 60 至 70 克的乳酸，之後機體便會出現疲勞的現象(4)，影響正常的肌肉活動，所以在沒有氧氣的情況下，整個乳酸系統實際上只能提供 1 至 1.2 摩爾的ATP(5)，即相當於 10 至 12 千卡的能量(6)（約為整個ATP-PC系統的 2 倍）。

正如 ATP-PC 系統一樣，乳酸系統可以在沒有氧氣的情況下產生 ATP，不同之處卻是用上了醣元作為燃料，並且在產生 ATP 的同時，亦產生了與疲勞有關的代謝產物－乳酸。雖然乳酸系統所提供的能量也是非常有限，但其重要性也和 ATP-PC 系統一樣，就是能夠在很短的時間內提供能量作為肌肉活動之用，特別是當 ATP-PC 系統的供能效率大幅下降時，就有賴乳酸系統繼續提供能量作活動之用。

從下圖可見，大強度活動的初期，ATP-PC 系統是主要的供能系統，但乳酸系統亦已開始投入服務，並且在活動開始後的 30 秒左右，取代 ATP-PC 系統成為主要的供能系統，所以一些需要在 1 至 3 分鐘內完成的大強度活動，如 400 米及 800 米跑，均非常依賴 ATP-PC 系統及乳酸系統來提供能量。當活動要持續下去的時候，由於乳酸的大量積聚，乳酸系統的效率也開始下降，有氧系統也就漸漸取而代之成為主要的供能系統。

備註：
(4) 根據Sahlin（1978）及Trivelde 與 Danforth（1966），當肌肉的乳酸增加時，體液的酸鹼度便越趨下降，因而抑制了一些有助於無氧醣酵解（anaerobic glycolysis）的酵素（enzymes）正常運作，於是亦影響了肌肉的活動能力。
(5) 1 摩爾（mole）或 180 克（g）的醣元（glycogen）在無氧醣酵解（anaerobic glycolysis）下可產生 180 克乳酸（lactic acid）及 3 摩爾 ATP。因此，當只有 60 至 70 克乳酸能夠從醣元在無氧醣酵解下產生時，所能提供的ATP便只有 3 × 60 ÷ 180 = 1 至 3 × 70 ÷ 180 = 1.2 摩爾了。
(6) 若以每 1 摩爾（mole）ATP平均可釋放 10 千卡（kcal）能量計算，1 至 1.2 摩爾 ATP 便相當於 10 至 12 千卡的能量了。

ATP - 能量之源

供能系統

有氧系統

  1. Fox, L. E., Bowers, R. W., & Foss, M.L. (1993). The Physiological Basis for Exercise and Sport, (5th Ed.). Dubuque, IA: Wm. C. Brown Communications.

  2. Hultman, E. (1967). Studies on muscle metabolism of glycogen and active phosphate in man with special reference to exercise and diet. Scand J Clin Lab Invest (Suppl 94), 19, 1-63.

  3. Karlsson, J. (1971). Lactate and phosphagen concentration in working muscle of man. Acta Physiol Scand (Suppl), 358, 1-72.

  4. Sahlin, K. (1978). Intracellular pH and energy metabolism in skeletal muscle in man. Acta Physiol Scand (Supp, 455), 1-56.

  5. Triveldi, B., and Danforth, W.H. (1966). Effect of pH on kinetics of frog muscle phosphofructokinase. Journal of Biological Chemistry, 241, 4110-4112.

  6. 教育局（2009）：體育(香港中學文憑)教材套－人體。

最後更新日期：2016/08/02