Fat Metabolism During Exercise

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。

脂肪
Fats


References

  1. 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

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

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

  4. 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.

  5. 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.

  6. 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.

  7. 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.

  8. 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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最近更新日期（Last Updated）：2007-06-24