脂肪在运动时的代谢

jacky

　　雖然醣類（碳水化合物）及脂肪均可用作運動時的燃料，但人體把脂肪轉化成能量的過程是非常緩慢，所以醣類始終是運動時能量來源的首選。不過，當人體內的醣類儲備隨著運動的持續而顯著下降時，就得轉靠脂肪來提供能量，而運動的表現亦會隨之而下降。

　　脂肪的供能效率雖然不及醣類，但卻是人體內最大的能量來源。以一個體重 70 千克，身體成分為 10% 脂肪的人為例，體內約有 70 ´ 10% = 7 千克的脂肪，以每克脂肪可提供 9 千卡能量計，人體便有 7 ´ 1,000 ´ 9 = 63,000 千卡的脂肪能源儲備。若同一個人以每小時 3 英哩的中等速度作步行活動，便可持續作 63,000 ¸ (3.3 ´ 70 ´ 1) » 273小時（超過 11 天）的步行活動或完成約 819 英哩的路程[1] 。若同等的能源儲備是以肌醣的形式儲存，同一個人便負載多約 51.3 千克的重量[2] 。

　　人體的脂肪主要是以皮下脂肪組織（adipose tissue）的型式儲存，此外亦有少量以三酸甘油脂小滴（triglyceride droplets）的型式儲存於肌肉纖維（肌肉細胞）之內，約可提供 2,000 至 3,000 千卡的能量，比肌醣可供應的（約 1,456 至 1,680 千卡）為多[3] 。不過，在劇烈運動時，肌肉內三酸甘油脂供能的速率未及肌醣的三分之一（Coyle，1995）。除了皮下脂肪和肌肉內的三酸甘油脂，血液內的三酸甘油脂亦可用作供能的燃料，但其貢獻只是微乎其微。

　　運動的時候，血液內一些激素，如腎上腺素（epinephrine）的水平上升，就會刺激到皮下脂肪的分子慢慢地分解成甘油（glycerol）和游離脂肪酸（free fatty acid），這些游離脂肪酸就可以被帶到線粒體（mitochondria）之內，在有氧的情況下作供能用途[4] 。

　　Romijn 等（1993）的研究顯示，隨著運動的強度增加，從低（25% VO2max，相當於步行的速度）到中等（65% VO2max，相當於可持續 2 至 4 小時的跑速）到高（85% VO2max，相當於可持續 30 至 60 分鐘的跑速），脂肪被分解作供能用途的過程會逐漸放緩（血液內的游離脂肪酸水平下降），醣類（肌醣與血糖）被用作供能用途的速率則會相應地加劇。

　　一直以來都認為低強度運動是有效消耗脂肪的方法，但 Romijn 等（1993）的數據顯示，雖然脂肪被用作供能用途的比例會隨著運動強度的上升而下降，但運動強度在 65% VO2max 時的脂肪總消耗量（110 卡 / 千克體重 / 分鐘）始終要比在 25% VO2max 時（70 卡 / 千克體重 / 分鐘）為高，所以在設計減肥計劃時，除了運動的強度外，運動的持續時間也是非常重要的考慮因素；一個有效的減肥計劃，還要考慮到運動時間以外的能量消耗，也就是一天的總能量消耗。

　　經過一段時間的耐力訓練後，在同一個運動強度之下，能減少對醣類供能的倚賴，這都是由於脂肪氧化加劇以供應能量的緣故。不過，Hurley 等（1986）及 Martin 等（1993）的研究亦顯示，這額外的脂肪能量來源，主要是來自肌肉內的三酸甘油脂，而並非從血液中獲得。Coyle（1995）亦引述其研究結果，指出曾接受過耐力訓練的人，能較有效地燃燒由皮下脂肪組織而來的脂肪酸，但卻未見得能分解更多的皮下脂肪組織，釋放出游離脂肪酸到血液中，作供應能量之用。

　　在運動進行期間補充脂肪似乎不及補充醣類般可行，因為游離脂肪酸的酸度難以食用，而長鏈的三酸甘油脂（long-chain dietary triglycerides）於進食 3 至 4 小時後方能進入血液，且吸收緩慢。就算是中鏈的三酸甘油脂（medium-chain dietary triglycerides），雖然是較易吸收，但大部分人卻進食超過 30 克後會引起腸胃不適及肚瀉，所以無論是比賽或訓練，都不大適宜於運動時作補充能源儲備之用。

　　吃進醣類也會影響到脂肪的分解和燃燒（至少維持 4 小時），這都是基於血液內胰島素（insulin）水平上升之緣故。在胰島素的作用之下，脂肪組織的分解會放緩，進而減少了釋放到血液中的游離脂肪酸。總之，當體內的醣類儲備充足時，都會優先採用醣類作為供能的燃料。反過來說，Phinney 等（1983）發現，長時間（4 個星期）採用高脂肪低醣（< 20 克 / 天）膳食，可導致肌醣儲備下降（僅達正常水平的一半）。雖然在中等強度（62 至 64% VO2max）運動之下，會動用更多脂肪作供能用途，但卻未能就此延續運動的時間，亦難以進行更高強度的運動，而且再考慮到高脂肪膳食對心血管疾病的風險，實在不宜採用這類高脂肪膳食。

[1] 根據Ainsworth (2002)，以每小時 3 英哩的速度步行，能量消耗約為 3.3 千卡/千克體重/小時。

[2] 每克醣類可供應 4 千卡的能量，要能夠提供 63,000 千卡的能量，便需要有 63,000 ¸ 4 = 15,750 克的肌醣儲備。然而每克肌醣要與 2.7 克的水共同儲存（Fox，Bowers 與 Foss，1993），所以連醣帶水的重量為 15,750 ´ (1 + 2.7) = 58,275 克或 58.3 千克，比起用脂肪要多負載 58.3 – 7 = 51.3 千克。

[3] 人體每千克肌肉約存著 13 至 15 克的肌醣（Hultman，1967），以一個體重 70 千克的人為例，體重約 40% 為肌肉，所以肌醣儲備約為 70 ´ 40% ´ 13 = 364 至 70 ´ 40% ´ 15 = 420 克。由於每克醣類可供應 4 千卡的能量，所以這個人的肌醣儲備約為 364 ´4 = 1,456 至 420 ´ 4 = 1,680 千卡。

[4] 不過，近 70% 的遊離脂肪酸會與甘油再結合，重新合成三酸甘油脂，儲存於脂肪細胞內。

References

• Ainsworth, B. E. (2002, January). The Compendium of Physical Activities Tracking Guide. Prevention Research Center, Norman J. Arnold School of Public Health, University of South Carolina. Retrieved 2006-12-30 from the World Wide Web.
  http://prevention.sph.sc.edu/tools/docs/documents_compendium.pdf

• Coyle, E. F. (1995). Fat metabolism during exercise. Sports Science Exchange, 8(6). Gatorade Sports Science Institute.

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

• 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.

• Hurley, B. F., Nemeth, P. M., Martin, W. H., Hagberg, J. M., Dalsky, G. P., & Holloszy, J. O. (1986). Muscle triglyceride utilization during exercise: effect of training. Journal of Applied Physiology, 60, 562-567.

• Martin, W. H., Dalsky, G. P., Hurley, B. F., Matthews, D. E., Bier, D. M., Hagberg, J. O., & Holloszy, J. O. (1993). Effect of endurance training on plasma FFA turnover and oxidation during exercise. American Journal of Physiology, 265 (Endocrino. Metab. 28): E708-E714.

• Phinney, S. D., Evans, W. J., Gervino, E., & Blackburn, G. L. (1983). The human metabolic response to chronic ketosis without caloric restriction: preservation of submaxmal exercise capability with reduced carbohydrate odication. Metabolism, 32, 769-776.

• Romijn, J. A., Coyle, E. F., Sidossis, L. S., Gastaldelli, A., Horowitz, J. F., Endert, E., & Wolfe, R. R. (1993). Regulation of endogenous fat and carbohydrate metabolism in relation to exercise intensity and duration. American Journal of Physiology, 265 (Endocrino. Metab. 28): E380-E391.