耐力型運動的營養原則(一):人體能量系統介紹

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訓練、營養與休息,是成為傑出運動員的三大關鍵,過去筆者在訓練這主題上討論較多,本文則將從營養這部分下手,簡述營養對人體運作的基本邏輯與當今研究發現與建議。

能量系統:碳水化合物與脂肪

人體在運動時會有三個主要能量來源,分別是『碳水化合物』、『脂肪』與『蛋白質』。但是這三者並非是獨立運作,而是這三者都同時在供應你身體能量,不管你是跑、是坐、是躺,他們都在輸出能量。尤其又以前兩者佔最主要能量供應來源,蛋白質供應比例最低。

至於究竟是碳水化合物供應比例高?或是脂肪輸出比例高?這得視『運動強度』而定,以下圖一為例(參考資料1),X軸為運動強度,Y軸為總能量。當運動強度愈高,愈會以碳水化合物為主要能量系統;反之,運動強度低時,脂肪成了主要能量供應系統。

圖1:能量運動比例(圖片來源

圖1相信對許多人而言並不陌生,但是在筆者第一次看的時後,覺得有些不對勁,最不對勁的地方在於似乎都不用動,脂肪使用率最高(圖1紅線處),那幹嘛這麼辛苦運動呢?

當我再找了相關文獻後,才發現我誤解了圖1的本意。圖1的紅線與藍線指的是在特定運動強度當下,碳水化合物與脂肪的『消耗能量比例分配』,但並非是個『總量』的概念。

讓我們再用圖2來說明,圖2出自於1993年的研究(參考資料2),並經修改後成為下圖2(參考資料1)。X軸為運動強度,由左至右依序為低強度(25 % Vo2max;日常的活動如散步,稱不上運動)、中強度(60% Vo2max;約為最高心率70%-75%左右的有氧運動)、高強度(85% Vo2max;約為最高心率的92%,相當於10km路跑賽的強度),Y軸為每小時消耗熱量(Kcal/Hour),不同顏色塊則表示身體所使用的能量比例。

為了方便討論,我們就簡要分成兩大塊,紅色線條表示脂肪,綠色線條則是碳水化合物。此圖清楚解釋了圖1未解釋的部份,即強度低時(25 % Vo2max),總消耗熱量也最低,此時的脂肪是主要能量供應系統;反之,強度高時(85 % Vo2max),總消耗熱量也最高,此時的碳水化合物是主要能量供應系統。

圖2:運動強度與運動能量消耗比例(圖片來源

在解釋圖2的中綠色區塊所標示的數字概念以前,我們先結合下圖3一起來看,在低強度與高強度的兩極端強度中,脂肪消耗『比例』有懸殊差異,但是脂肪消耗『量』則很可能是差異不大的。

圖3:運動強度與脂肪運用比例(圖片來源

接著,我們必須先瞭解,每1g的碳水化合物可以供應4kcal熱量,每1g的脂肪則提供9kcal熱量。圖2中所舉的例子是以一個80kg的成年人為例(所以數字也偏高),綠色區塊是解釋在這個案,以低強度活動(例如散步)1小時後,身體會消耗掉約290kcal熱量,其中25%比例來自於碳水化合物,並提供18g左右的熱量(72kcal)、75%比例來自於脂肪,消耗24g左右的脂肪(216kcal左右)。

反之,在高強度運動1小時後,約可消耗1000kcal熱量,碳水化合物負責供應80%的能量系統,約莫是200g的碳水化合物,並產生800kcal熱量,脂肪則只佔了23g(約198kcal)的能量供應。

同時也得到另一個小結論:『中等運動強度,即60%左右的Vo2max,或是最大心率的70%-75%間,是燃脂率最高的運動強度』。

能量系統的優缺點

作為能量供應來源,碳水化合物的優點在於被身體吸收與轉化的速度快,反之脂肪供應慢。但另一方面,碳水化合物是身體裡相當有限的資源,以一個成人來說,體內的碳水化合物主要儲存在兩處,包括在肌肉與肝臟,前者是以肌醣(Muscle Glycogen)儲存,最多可存放300-400g,後者是以肝醣(Liver Glycogen)形式儲存於肝臟內,約可存70-100g,所以在最佳狀態下,人體可儲存將近370-500g左右的碳水化合物,供應身體使用。

而馬拉松跑者所謂的『撞牆期』,就是體內碳水化合物即將用盡所產生的力竭現象,那就是身體強迫要你降低強度,節省碳水化合物的支出比例,讓脂肪上場救援了。

結語

簡單撰述完能量系統後,第一集到此暫告一段落,我們簡單摘要幾個重點如下:

  1. 身體能量三大來源:碳水化合物、蛋白質、脂肪
  2. 耐力運動主要仰賴碳水化合物與脂肪
  3. 能量運動比例的關鍵在於運動強度
  4. 燃脂效率最高的強度為中等強度(60% Vo2max)
  5. 碳水化合物於人體內的儲存上限約370-500g

參考資料:

  1. http://sportsscientists.com/2010/01/exercise-and-weight-loss-part-3-fat/
  2. Regulation of endogenous fat and carbohydrate metabolism in relation to exercise intensity and duration
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王志袁
【鉄人J帥】 J帥,馬拉松與鐵人三項的玩家,雖擁有國立中央大學人力資源管理碩士及博士學位,卻無法壓抑內心渴望挑戰體能極限的衝勁。 27歲起接觸路跑,28歲以3時21分完成初馬,29歲接觸鐵人三項,30歲完成第一場226km超級鐵人,31歲起開始出國比賽履獲佳績,即使結婚至義大利渡蜜月也不忘跑一場羅馬馬拉松。 至今已參與過2次IRONMAN World Championship (KONA),與2次IRONMAN 70.3 World Championship,最佳成績為IRONMAN 9時48分、全馬2時43分。 目前成立個人工作室,醉心於鐵人三項之研究、訓練、顧問與樂趣,具有IRONMAN Certified Coach認證教練資格及通過Trainingpeaks Certificate of Completion考試,並已協助多人完成挑戰自我極限的夢想。   follow 我的 fb粉專