為什麼會「撞牆」呢? 無痛完跑必須了解速度與補給

0
6361

撞牆英文叫做 Bonking 或 Hit the wall,你有過經驗嗎?

肉腳教練有一次非常深刻的經驗,2017 年在瑞典 Kalmar 參加超級鐵人賽,跑步到約 30 Km 左右天旋地轉、步伐蹣跚,使用意志力硬撐,心裡想著會不會倒下去成為隔天報紙的新聞,只因為錯過 29 Km 的補給。到 31 Km 補給站時,差點趴在補給台前昏倒,在那裏囫圇吞了一堆食物,休息了約十分鐘,突然又活過來了。

圖片來源。
圖片來源。

撞牆的主要原因就是身體裡肝醣含量的大量流失,尤其在長途耐力運動時,超過八小時的運動,身體庫存的肝醣容易消耗掉。而 4 到 6 小時的馬拉松補給失衡也會出現撞牆的情況,尤其是選手為了拚成績而忽略了醣分的補給。

一場馬拉松男生約消耗 2700+/-300Kcals,女生則是 2400+/-300Kcals。單以碳水化合物計算,每一克可以產生4Kcals,所以男生需要 600-750克,女生需要 525-675克碳水化合物,這都遠多於身體中肝醣約400 – 500克的含量。還好我們體內有二個能源系統,除了利用碳水化合物外,還可以燃燒脂肪。因為遺傳體質與身體訓練適應的關係,每個人使用脂肪來當能源的比率不盡相同,不過一場馬拉松的能量大概有三至五成是由脂肪來貢獻的。加入脂肪的代謝,在完全沒有外界補給的狀況下,大概男生會消耗掉 400克,女生 350克的肝醣,這還是會形成體內超過八成的肝醣耗損,倘若比賽時沒出現問題,賽後也很容易出現身體不適的狀況。

圖片來源。
圖片來源。

早在 1963 年義大利米的 R Margaria 團隊就提出運動能量消耗與速度無關,每跑一公里約消耗 1Kcal/kg/km,後來的研究發現的數值都相差不遠。因此可以簡單算出 70 Kg 跑馬拉松需要的能量為 1Kcals/kg/km x 70Kg x 42.195Km=2953.6Kcals。

研究報告指出賽前沒肝醣超補一般運動員(腿部肌肉約佔全身重量21.4%,腿部肌肉每公斤含肝醣 20gm)全身體重每公斤消耗體內肝醣超過 22Kcals 就可能出現撞牆現象。假設運動員不補給全部使用肝醣當燃料,跑全馬每公斤體重就要用掉 42.195Kcals,這遠大於 22Kcals/Kg,跑者一定撞牆。還好我們身體沒那麼僵化,醣元不足的狀況下,會趕緊使用脂肪當能量來源。這裡假設身體脂肪燃燒提撥四成能量,可以算出跑者跑馬還是要使用肝醣消耗 42.195Kcals/Kg x 0.6 = 25.32Kcals/Kg。稍稍超過22Kcals/Kg,只要這個選手比賽當中補充進 4Kcals/kg x 70Kg = 280Kcals 就可以避免撞牆危機。

如何預測你跑馬在幾公里時可能會撞牆?

把體內肝臟裡和腿部肌肉的肝醣消耗幾乎殆盡時就會撞牆。

之前提過每個人肝臟儲存的肝醣約在 90-100gm,大約提供360-400Kcals,差別不大。而腿部的肌肉佔約體重 21.4% 上下,一般運動員的肌肉每公斤儲存約80Kcals,肝醣超補之下可以提昇至最多 144Kcals。

我們運動強度越高,最大耗氧量 VO2max 的百分比就越高,使用醣分當燃料的比率就升高。一般人要在關門時間內跑 42.195Km通常必須使用 70-95% VO2max 來完賽。哈佛大學 Rapoport 博士依美國各地的馬拉松統計資料設計出了這張圖表,依VO2max 強度比例,腿部肌肉肝醣存量來估算可能撞牆的距離。

圖表中彩色的線條是腿部肌肉( 21.4% 身體重量)每公斤肝醣卡洛里的含量,彩色線條旁灰色區域是腿部肌肉佔全身體重比例的範圍:15%-25%。紅色的點線標示最容易出現撞牆的距離:33.8Km (21miles)。上面提到比賽前一般選手的腿部肌肉裡每公斤至少有 80Kcals 肝醣,超捕得當可以達 144Kcals,所以一般人就是黃,綠線的分佈。腿部肌肉夠多的話,黃線 (80Kcals/kg) 與紅色點線交叉點往下看可以對應 VO2max 90%,而綠線(100Kcals/kg)與點線交叉是在 95% VO2max,意思是選手要拼到這個程度跑到 33.8Km附近才會撞牆,倘若下肢肌肉量多的人,還可多個5%。相對賽前肝醣超捕得當的人撞牆機會就小很多。

想要拼好成績的選手,速度拉高心跳就會飆高,VO2max 大多維持在 90% 左右,大部分的人馬拉松過了 30Km 開始掉速,甚至出現撞牆現象。因此賽前的肝醣超補與比賽時完善的補給策略可以維持選手的速度,避免出現撞牆的危機。

跑步速度與撞牆的關聯

那速度又與撞牆有何關聯呢?一個人跑步的速度越快每分鐘需要的能量就越高,因為腿部肌肉要更用力更快速收縮才能增快速度,這時候心跳要加速來應付需要。研究顯示不同比率的最大耗氧量 %VO2max 使用碳水化合物與脂肪燃燒的比率也不同。心率與 %VO2max 有正相關,80%最高心跳 MHR約等於 70% VO2max,70%最高心跳 MHR約等於 60% VO2max。求成績的選手跑馬過程最好能穩定輸出 92-95% FTP (Functional Threshold Power 功能性閾值功率),換算心率大約是 80-85% MHR,約70-75% VO2max。

「The Secret of Running」書中提及在理想的情況下,一個70Kg FTP 250W(3.6/kg)的選手想跑 3:40,需要 90% FTP,若想把成績提升到 3:20,就必須要輸出 99% FTP,這不只無法辦到,而且會很快燒掉大量肝醣而撞牆。假使此70Kg 選手增胖到80Kg,如果想一樣跑出 3:40 成績,他要用到 99% FTP,很快就會爆掉。而80Kg選手即使在最好狀況下,平均輸出95%FTP,成績也只能達到 3:50,因此想要成績進步,就要減重,這樣也才不會在跑馬中後段撞牆。

總之,要避免馬拉松賽時撞牆,外界碳水化合物的補給很重要,避免體內肝醣每公斤消耗超過 22Kcals。此外有效的減重,提升跑步的經濟效能(同樣速度下心跳較慢,耗能較少)都有輔助效用。

最後,以下列這張Benjamin I Rapoport 哈佛電機電腦科學博士天才做出的圖來說明:各種 VO2max 程度選手完成馬拉松時間與撞牆可能性,不同體重能量消耗的相關。

先說明彩紅線條是各種不同的 VO2max,上方橫座標是馬拉松完成時間,下面橫座標是相對的均速。左邊縱座標是完成馬拉松每公斤使用碳水化合物產生的卡洛里,右邊縦座標標示腿部肌肉(儲存最多肝醣狀態)佔身體比率。

分批來解釋這張圖表:大家看這張圖第一眼應該有二個焦點,一個就是灰色區域,另一個就是各種 VO2max 的彩虹色線條。灰色區域是以一個運動選手腿部肌肉佔全身重量 21.4% 來標示的,倘若運動員的腿部肌肉量較少,則灰色區域要往下移動。灰色區域的下限是一般肌肉肝醣含量(每公斤20gm),上限是肌肉肝醣最大含量(每公斤 36gm)。當選手觸及灰色區域九可能進入撞牆區,需要體外糖分補給,否則無法完賽。

以 VO2max 35(這是大部分業餘選手的能力)的紅線來看,當這位選手的下肢肌肉佔全身體重約 21.4%,在沒外界補給之下,他/她的馬拉松成績大概只能到 5:30(灰色區下沿)。即使在肝醣超補加上外界補給足夠的情況,成績極限也只能進步到 3:45 (灰色區上沿)。再來看業餘菁英選手 VO2max 55 (綠線)的成績,要達到 3:30 不難,補給夠好或許可以有 2:25 的驚人成績。

最後來看這張圖的上方有一欄一欄註記體重,這有何用意?每一欄下面有一系列數字,這就是你跑馬拉松大概需要使用醣分來當能源的卡洛里數。如肉腳教練我 65Kg,VO2max 50,跑 3:23。先找VO2max 50的黃綠線條,對應到馬拉松 3:23 的位置。這點上面有 2251,下面有 1500數值,往上看,這欄對應的是 75Kg 的卡洛里,所以必須將此點平行位移到 65Kg 那欄來看卡洛里,此欄標示我的醣分熱量消耗在1954 與 1303 之間,大概就是 1629Kcals。

參考資料:
Benjamin I. Rapoport: Metabolic Factors Limiting Performance in Marathon Runners. PLoS Comput Biol 2010 Oct

【延伸閱讀】

新手也能學會看數據 來自台灣的2PIR智能感測三鐵衣
中暑主因是水分不足? 你應該知道的補水策略