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脂肪在运动时的代谢

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发表于 2012-3-5 16:52:14 | 显示全部楼层 |阅读模式


  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.




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