2007年8月9日

長時間運動的能量參與疑問

林正常、王順正

  (nsl網友提出的問題)引述Normalin老師回應『24小時超級馬拉松』討論主題的回應:「能量使用方面,當然以糖類為主,這些人,糖類在運動中不斷的需要補充,可能動用了約10%的蛋白質」。引述吳慧君老師回應:「至於能量使用方面,如此激烈耗費體力的運動,當然是以醣類為主」。我原本想問的是:『在長時間的運動中,瀕臨體內肝糖幾乎消耗殆盡的情況下,提供運動能量的來源為何?此時仍為糖類嗎?』。再者,有些書或期刊上面寫者長時間的運動中(兩小時以上),體內主要是以游離脂肪酸作為能量來源,這樣的論點正確嗎?而為何老師們的回應都是以糖類為主呢?這裡所指的糖類是指糖質新生後的糖類嗎?

  也有一些支持脂肪為主要能量來源的文獻。「當運動持續一小時或更久時,碳水化合物會慢慢耗盡,而逐漸增加對脂肪的利用;長時間運動中,游離脂肪酸甚至可供應全部所需能量的80%左右」(李再立引述McArdle等人的論點,中華體育第九卷第三期,74頁,運動與脂肪酸的利用)。「特別是長時間(約1小時以上的運動,90%以上的能量來自FFA的氧化」(教師體適能指導手冊,規律運動的生理適應,謝伸裕,頁數:70)。「During prolonged exercise , there is a gradual shift from carbohydrate metabolism toward fat metabolism.」(Scott.Power & Edward T.Howley,2001,Exercise Physiology,P61,Fugure 4.15 Percentage of energy derived from the four major sources of fuel during submaximal exercise (I.e.65%-75%VO2max). Data are from trained endurance athletes.。由圖表中可以看出運動持續時間越久,血漿FFA消耗的能源百分比就越多)。

  本文將先前的一個研究結果資料呈現出來,用來說明長跑選手在兩個不同強度下,持續跑步二十分鐘的能量消耗狀況。下圖中,長跑選手以非最大的運動強度(每秒3.54公尺、攝氧量約最大攝氧量的56%與4.16公尺、攝氧量約最大攝氧量的79%),分別跑步二十分鐘,跑步時的攝氧量與二氧化碳產生量的變化情形。
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每秒3.54公尺與4.16公尺的跑步速度下,攝氧量與二氧化碳產生量的變化情形。

由攝氧量的變化情形來看,每秒3.54公尺與4.16公尺的跑步速度,造成每分鐘2公升左右(約最大攝氧量的56%)與每分鐘3公升左右(約最大攝氧量的79%)的攝氧量差異,但是,由攝氧量與二氧化碳的比值(RQ)來看,僅在運動的初期偏低,在運動後的2分鐘以後,每秒3.54公尺的跑速下,RQ即在0.88至0.92之間;每秒4.16公尺的跑速下,RQ則達到0.90至0.95之間(下圖)。
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每秒3.54公尺與4.16公尺的跑步速度下,葡萄糖與脂肪提供能量的變化情形。

運動過程的葡萄糖與脂肪的能量參與比例(由RQ值的推算出)來看,在運動後的兩分鐘以後,葡萄糖與脂肪的使用率就沒有顯著的變化,而且始終是以葡萄糖為主要的能量供應來源。而且,在每分鐘4.16公尺的跑步速度下,運動兩分鐘以後,葡萄糖的使用比例始終維持在七成左右,雖然在運動結束前(20分鐘),有稍微降低的趨勢,不過仍然顯著大於脂肪的能量參與比例。在每分鐘3.54公尺的跑步速度下,也是在運動後的兩分鐘以後,出現葡萄糖顯著高於脂肪的能量參與比例,只是兩者間的差異情形不像較高強度時的差異那麼大。事實上,由以上的資料可以發現,運動強度的高低才是決定跑步時能量供應來源的主要因素,在20分鐘左右的運動時間下,葡萄糖與脂肪的能量供應比例並沒有顯著的變化。

基本上,安靜,時能量來自脂肪的量較多(2/3),糖類其次,蛋白質僅佔2至3%而已。如果我們一直走路(不是急行軍),能量來源才有可能會比較多來自脂肪,不過前提是「糖類已被使用的差不多了」,而且,運動的時間可能超過二個小時以上。無論如何,儘管先前的證據僅有運動20分鐘的資料,不過,我們相信,就算運動的時間增加到40分鐘,脂肪的使用率應該不會高於糖類(如果運動時的能量消耗完全由RQ來進行推算時)。假設運動的時間超過一個小時以上,那麼脂肪的使用率才有可能因為糖類的使用接近耗盡而提高。事實上,如果能夠進行一個長達一小時以上的實驗室內跑步實驗,就可以獲得實際的能量消耗推估。以我們的經驗來看,RQ值有可能會些微的降低,但是要顯著降低的可能性相當低。

  一般教科書大多會有一張由走路到跑步,脂肪與糖類使用百分比的推移圖。活動的激烈程度會影響脂肪與糖類在走路中的使用比例,運動時間一定時(安靜或走路),強度越弱、脂肪越可能使用得較多;強度越強時,醣類越可能使用得較多。超級馬拉松之類的運動型態,時間長、強度也不弱(當然強度因人而異),糖類的使用比較多。當體內糖存量越多時,蛋白質使用得少;糖使用將盡時,蛋白質有可能使用達總能量的10%以上。這種長時間運動的超級馬拉松比賽,想要補充一些食物,應以流質或半流質之碳水化合物為主。糖質新生當然也一直地進行。

  一般來說,影響運動中的能量來自哪一種能源的因素,包括:(1).運動的激烈程度:運動越激烈、越依賴醣類。(2).運動的持續時間:持續越長,越有可能依賴脂肪,因為,時間越長的運動,強度就越低。(3).體內可提供的能源:如果醣類消耗殆盡,蛋白質又頂多消耗10%左右,剩下的能源自然是脂肪。(4).運動中是否補充能源。(5).訓練程度:長期耐力訓練增加脂肪使用的百分比。不過,仍然以運動的強度影響最大。

  超級馬拉松雖然持續24小時,運動卻是斷斷續續的,中間又補充食物,因此消耗的是什麼,很難說了。去年血乳酸的測試結果平均是61mg%(比賽後一段時間之採血,極可能低估乳酸值),這種數值證明能源決不會是以脂肪為主的(注意瞬間時點所代表的意義,不盡代表全部能量的總消耗)。事實上,「長時間的運動(能量的提供會)逐漸地由醣類代謝轉化為脂肪代謝」,此句話並未說明脂肪多於醣類,以此來看,前述李再立先生「碳水化合物會慢慢耗盡,而逐漸增加對脂肪的利用」的說法即可成立。此外,「非最大運動的前一小時,肌肉所代謝的醣類來自肌肝醣,不過,隨時間之經過,血糖增加其作為能源的重要性」,顯示耐力性運動員在四小時的非最大運動中,如果持續地補充醣類食物,還是會維持醣類的重要性的。