聯校運動中心中長跑進階班第三課 : 跑步處方與供能系統 跑步處方與供能系統 教練 / 導師 : 黃德誠 運動處方 除 著大眾開始醒覺運動對健康的重要, 決心做運動的人就越 來越多, 巿面上也就逐漸多了一些教人如何做運動的書籍和 健體專家, 為有需要的人提供運動處方 不過, 越多這類書籍和 專家, 有

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1 跑步處方與供能系統 教練 / 導師 : 黃德誠 運動處方 除 著大眾開始醒覺運動對健康的重要, 決心做運動的人就越 來越多, 巿面上也就逐漸多了一些教人如何做運動的書籍和 健體專家, 為有需要的人提供運動處方 不過, 越多這類書籍和 專家, 有時卻越使人覺得困惑, 因為不難發現, 一些相關的書籍或 專家, 開出的運動處方很多時都有出入, 對於剛起步去落實做運動的人來說, 難免有無所適從的感覺 應該做多少運動? 應該做甚麼運動? 及 應該如何進行? 等, 都是一些老生常談的問題 嚴格地說, 運動處方是應該因應每一個人的需要和興趣而開出, 而且背後都應該有強烈的科學依據 正如 Corbin 與 LeMasurier (2002) 指出, 要決定遵從甚麼指引來定出適合自己的運動處方前, 應該先考慮下列的因素 : 發出指引的組織是否可信? 該組織的使命和目的是甚麼? 依循指引行事將有甚麼益處? 指引的對象是甚麼人? 無可否認, 世界各地普遍都是追隨美國相關組織的建議來製定自己國家或地區的運動指引 其中一些較權威及可信的組織包括 : 官方機構, 如 The Office of Surgeon General (OSG) The Centers for Disease Prevention and Control(CDC) 及 President's Council on Physical Fitness and Sports (PCPFS) 專業組織, 如 The American College of Sports Medicine(ACSM) The American Alliance for Health, Physical Education for Recreation and Dance(AAPHERD) 及 The National Association for Sport and Physical Activity (NASPE) 私家組織, 如 The American Heart Association ( AHA ) 及 The Institute of Medicine (IOM) 由於不同的機構或組織有著不同的使 命及目標對象, 所以它們各自發出的指引 亦有或多或少的差異 例如,OSG 及 CDC 主要關注一般健康範籌, 而 PCPFS 則較著 眼於體適能及體力活動 以上各主要組織近年 發出的指引內容見表一 就以跑步為例, 如果目的只是促進健康 及預防疾病, 就應該每天或每週的大部分日 子, 都做上 15 分鐘的緩步跑 ( 相當於 30 分鐘急 步行 ) 練習 (USDHHS,1996) 如果是為了體 重控制, 特別是防止體重增加, 便要每天做上 30 分鐘或以上的緩步跑運動或 60 分鐘以上的急步 行 (IOM,2002) 如果希望進一步增強心肺耐 力, 每星期應做上 3 至 5 次, 每次 20 至 60 分鐘, 強度為最高心率 (HR max ) 65 至 90% 的跑步練習 如果目的是為了參加比賽及增進運動表 現, 根據 Fox,Bowers 與 Foss(1993), 短跑運 動員應每週有 5 天練習, 而中長跑運動員則每週 應練上 6 至 7 天, 而且每日一次訓練課通常已經 足夠, 一日兩次或以上的訓練課並不能更進一步 提升體適能及運動表現 至於訓練強度方面, 為 了確保心肺及代謝系統能獲得足夠的刺激, 訓練 的強度應在最高心率 (HR max ) 的 85% 或最高心 率儲備 (HRR max ) 的 80% 以上 香港體育教學網製作 ( 1 注意 : 本講義為非賣品, 只可作教與學用途

2 不同心率的功用和量度靜止心率正常人的心率一般在 70 至 90/ 分鐘之間, 經過長時間的耐力運動訓練 ( 如長跑 ) 後, 心臟的功能提升, 所以在同一訓練或活動的強度底下, 心臟每次搏動的輸出量都較訓練前為大, 心率自然亦隨之而下降 訓練有素的耐力項目運動員, 心率通常都在 50 至 60/ 分鐘以下 因此, 靜止心率隨著訓練的時日下降, 也就顯示出訓練計 劃見成效 另一方面, 如果發現靜止心率突然回升, 也就很大機會是過度疲勞或訓練過度的緣故 量度靜止心率的最佳時機是晨早臨起床之前, 或者最低限度也要在安坐 5 分鐘後才可進行量度, 否則所得的結果就會偏高 量度時可以把手按在頸動脈 (carotid artery) 或近手腕的橈動脈 (radial artery) 上, 並且量度完整的一分鐘以內的脈搏 組織名稱 ( 年份 ) 目標對象指引內容 1994 Consensus Conference 一般健康及體適能 青少年 每星期的大部分日子做上 30 分鐘的中等強度運動, 而且最少有 3 天的劇烈運動 USDHHS,CDC, 促進健康及預 ACSM(1996) 防慢性疾病 絕大部分的人口 1. 每日或每週的大部分日子都累積上最少 30 分鐘相當於急步行 ( 或 15 分鐘緩步跑 ) 的中等強度體力活動 2. 除了體適能的得益外, 參與劇烈的運動通常會獲得較參與中等強度體力活動更大的健康益處 ACSM(1998) 降低疾病風一般人口 險 心肺適能 肌肉適能及柔軟度 心肺耐力 身體成分 F: 每星期 3 至 5 次 I: 最高心率 (HR max ) 的 55 / 65 至 90%, 或最高心率儲備 (HRR max ) 的 40 / 50 至 85% T:20 至 60 分鐘連續或間歇 ( 每節最少 10 分鐘 ) 的有氧活動 T: 有節奏並持續進行的大肌肉有氧活動, 如步行 遠足 跑步 踏單車 跳繩 划艇 上台階 游泳 溜冰等 肌肉耐力與力量 身體成分 每星期 2 至 3 天的阻力訓練, 每節的阻力訓練課包括 8 至 10 個鍛煉身體主要肌肉的練習, 每個練習重複做 8 至 12 次 柔軟度 每星期最少 2 至 3 天的伸展運動, 拉伸主要的肌肉群, 伸展運動的練習應包括靜能及 / 或動態的技術動作 NASPE(1998) 一般健康 體適兒童 (9 至 12 歲 ) 每天 60 分鐘至數小時中等強度至劇烈的體力活動, 而且最好能及豐盛人生 是分開多次進行 IOM 的 Foods & Nutrition Board (2002) 體重控制, 防止體重增加及促進健康 成年人 每天應做上 60 分鐘的中等強度體力活動 表一 因應不同目標和對象的運動處方 香港體育教學網製作 ( 2 注意 : 本講義為非賣品, 只可作教與學用途

3 最高心率直接量度最高心率的方法就是在最大強度運動底下, 利用心電圖儀器 (electrocardiograph) 量度當時的心率 (Fox,Bowers 與 Foss,1993) 然而, 亦可以利用下列公式, 合理地推算出男性和女性的最高心率 最高心率 = 220 年齡例如, 一個 20 歲的人, 其最高心率的估計為 : = 200 次 / 分鐘運動時心率要準確量度運動時的心率, 本應要有特別的器材, 如心率監測器 (heart rate monitor) 的輔助 ; 但另一個頗為合理的估計方法, 就是在運動結束後的 5 秒鐘內 (PCPFS,n.d.), 量度脈搏 10 秒, 然後將搏動次數乘以 6; 又或者量度脈搏 15 秒, 然後將結果乘以 4, 以計算運動時的脈搏 例如, 運動結束時的心率為 35 次 /15 秒, 則運動時心率的估計為 35 x 4 = 140 次 / 分鐘 目標心率在一節訓練課裡面, 其中一個最重要的抉擇, 就是決定訓練時的強度 ( intensity of training) 根據不同的訓練目的, 如促進健康 改善體適能 體重控制或增進運動表現等, 其運動處方內的訓練強度都會有或多或少的差異 其中一個最能夠反映出訓練強度的指標就是心率 一些研究結果的數據顯示, 在一個頗為寬闊的數值範圍內, 攝氧量與心率成直線關係, 也就是說, 訓練的強度越高, 心率越高 ( 在很大程度上 ), 所以可以用目標心率 (target heart rate, THR) 來確定一節訓練課的強度 心率儲備法 ( Heart Rate Reserve Method) 心率儲備法 由 Karvonen(1957) 發 展出來, 所以亦叫 Karvonen 方法 首先要 用下列公式計算出心率儲備 (HRR), HRR = HRmax HRrest 假若運動員的靜止心率 (HRrest) 為 65 次 / 分鐘, 而最高心率為 200 次 / 分鐘, 則 HRR = (200-65) 次 / 分鐘 = 135 次 / 分鐘 那麼, 若果要進行一節強度為 75% 的訓練 課時, 其目標心率的計算如下 : THR75% 例如, 一個最高心率為 200 次 / 分鐘的運動 員, 若果要進行一節強度為 75% 的訓練課時, 其 目標心率的計算如下 : THR 75% = 0.75 x 200 次 / 分鐘 = 150 次 / 分鐘 Fox,Bowers 與 Foss(1993) 認為, 年青運 動員的目標心率應該在 85 至 95% HR max 之間, 而純粹為了促進健康和改善體適能的人士, 訓練 的強度可以再調低一些 = 75% x HRR + HRrest = [(0.75 x 135) + 65] 次 / 分鐘 = 166 次 / 分鐘 一般有兩種方法來決定訓練時的目標心率, 當中最簡單易行的就是 最高心率法 (Maximal Heart Rate Method) 在 最高心率法 之下, 只以最高心率來計算訓練時的目標心率 香港體育教學網製作 ( 3 注意 : 本講義為非賣品, 只可作教與學用途

4 跑步與能量 跑 步時肌肉能否繼續正常地運動下去, 完全 要視乎能量的補給是否充足 食物是肌肉 活動所需能量的 間接 來源 1, 在人體內經過一 系列的化學反應後, 食物被分解時所釋放的能量, 就會被用來製造一種名為三磷酸腺 (adenosine triphosphate, 簡稱 ATP) 的高能量化 合物, 並儲存於肌肉細胞之中, 當 ATP 被分解的 時候, 就能夠提供能量作肌肉活動之用了 ATP 的結構 ATP 其實是由一個結構非常複雜的腺 酸 (adenosine) 部分和三個相對地較為簡單的磷酸 鹽 (phosphate) 小組所構成 當 1 摩爾 2 (mole) ATP 被分解 3 的時候, 就能夠產生 7 至 12 千卡 4 (kcal) 的能量 人體在作息或運動 ( 如跑步 ) 時所需要的能 量, 就是來自 ATP 可是,ATP 在肌肉內的儲存 量極為有限 5, 人體全身的肌肉內只有 120 至 180 微摩爾 6 (mm) 的 ATP, 或 1.2 至 1.8 千卡的能 量, 僅足以維持三數秒的盡最大努力活動 (all out efforts) 之用 所以, 肌肉活動若要繼續進行下 去, 就得重新合成 ATP 了 可是, 重新合成 ATP 1 食物在人體內分解時所釋放出的能量, 並不能直接應用於肌肉活動上, 這些能量必須先用來製造一種名為三磷酸腺 (adenosine triphosphate, 簡稱 ATP) 的高能量化合物, 並儲存於肌肉細胞之中, 只有 ATP 被分解時所釋放出的能量, 才能直接被應用到肌肉活動當中 2 1 摩爾 (mole) 是指某一化合物的重量, 主要按組成該化合物的原子類別和數量而定 3 ATP 被分解時, 最末端的一個磷酸鹽 (phosphate) 分子便會脫離母體 (ATP), 並同時釋放出能量 4 1 千卡 (kilocalorie, 簡稱 kcal) 相當於把 1 千克 (kg) 水升高攝氏 1 度 ( C) 所需的熱能 5 根據 Hultman(1967) 及 Karlsson(1971), 每千克 (kg) 的肌肉內有 4 至 6 微摩爾 (mm) 的 ATP, 若以每 1 摩爾 (mole, 等於 1000 微摩爾 ) ATP 平均可釋放 10 千卡 (kcal) 能量計算, 這相當於 0.04 至 0.06 千卡的能量 假設一個人的體重為 70 千克, 則全身的肌肉重量約為 30 千克, 所以全身肌肉內 ATP 的儲存量為 120 至 180 微摩爾, 亦即相當於 1.2 至 1.8 千卡的能量 6 1 微摩爾 (mm) 相等於 1/1000 摩爾 (mole) 原來也是要用上能量的 人體內就有三個供能系 統, 可以供應能量作為重新合成 ATP 之用 供能系統 人 體內的三個供能系統, 其中兩個是無氧系 統 (anaerobic systems); 另一個則要在氧 氣充裕的情況下才能正常運作, 所以是有氧系統 (aerobic system) 無氧系統 Anaerobic 本身是指沒有氧氣的意思, 無氧 系統 (anaerobic system) 亦即是能夠在沒有氧氣 的情況下重新合成 ATP 的供能系統 人體內總共 有兩個無氧系統, 它們分別是三磷酸腺 - 磷酸 肌酸系統 (ATP PC system) 和乳酸系統 (lactic acid system) ATP-PC 系統 ATP PC 系統是一個較為簡單的無氧系統 在人體的肌肉細胞內, 其實還儲存著另一種高能 量化合物 - 磷酸肌酸 (phosphocreatine, 簡稱 PC) 當 PC 被分解 7 的時候, 就會釋放出能量, 而這些能量就可以用來重新合成 ATP 不過,PC 在人體內的儲存量也是極為有限 8, 人體全身的肌 肉內只有 450 至 510 微摩爾 PC, 或 4.5 至 5.1 千 卡的能量, 而且要重新合成 PC 的話, 原來也是 要用上 ATP 被分解時所釋放出來的能量, 只不過 這過程會在運動後人體處於恢復狀態之下才進 行 因此, 當 PC 在極高強度肌肉活動 ( 如短跑 ) 中被消耗殆盡時, 便要等待運動結束後才可以得 到恢復了 7 與 ATP 被分解時的情況相類似,PC 被分解時, 最末端的一個磷酸鹽 (phosphate) 分子便會脫離母體 (PC), 並同時釋放出能量 8 根據 Hultman(1967) 及 Karlsson(1971), 每千克 (kg) 的肌肉內有 15 至 17 微摩爾 (mm) 的 PC, 若以每 1 摩爾 (mole)pc 同樣可釋放 10 千卡 (kcal) 能量計算, 這相當於 0.15 至 0.17 千卡的能量 假設一個人的體重為 70 千克, 則全身的肌肉重量約為 30 千克, 所以全身肌肉內 PC 的儲存量為 450 至 510 微摩爾, 亦即相當於 4.5 至 5.1 千卡的能量 香港體育教學網製作 ( 4 注意 : 本講義為非賣品, 只可作教與學用途

5 以一個人的體重為 70 千克計算, 全身肌肉的重量約為 30 千克, 肌肉內 ATP 及 PC 的總存量為 = 570 至 = 690 微摩爾, 亦即相當於 5.7 至 6.9 千卡的能量 9, 僅足以維持 不到 10 秒 的盡最大努力活動 由此可見, ATP PC 系統所能提供的能量極為有限, 但它的重要性並不在於所能夠提供能量的多寡, 而在於能夠提供即時的能量作肌肉活動之用 因此, 對於那些強度大 速度高, 並且只需在數秒間完成的活動, 如起跑 跳躍 投擲 舉重等,ATP PC 系統的作用尤為重要 由於 ATP PC 系統並不需要把氧氣輸送到肌肉中才能運作, 所需的燃料 (ATP 及 PC) 亦早已儲存於肌肉細胞之中, 而且當 PC 被分解時所涉及的化學反應亦較另外兩個供能系統少, 所以 ATP PC 系統是人體內最迅速的能量來源 乳酸系統除了 ATP PC 系統外, 人體還可以在沒有氧氣的情況下, 借助乳酸系統來產生能量供肌肉活動之用 首先要認識到人會把體內的碳水化合物 (carbohydrates) 先轉化為葡萄糖 (glucose), 然後供機體使用, 或者以肝醣 (liver glycogen) 及肌醣 (muscle glycogen) 的形式, 分別儲存於肝及肌肉內 在沒有氧氣的情況之下, 乳酸系統會把這些醣元 ( 以上各種糖類的統稱 ) 分解, 產生一種名為乳酸 (lactic acid) 的代謝產物, 並同時釋放出能量 由於醣元未能被完全氧化 (oxidized), 所以乳酸系統在無氧醣酵解 (anaerobic glycolysis) 的情況下, 產生的能量遠比在氧氣充裕的情況下作有氧醣酵解 (aerobic glycolysis) 來得少 例如, 在無氧的情況下,1 摩爾或 180 克 (g) 醣元理論上可以產生 2 摩爾或 180 克乳酸及 3 摩爾 ATP, 但在氧氣充足的情況下, 同樣是 1 摩爾的醣元卻可以產生 39 摩爾的 ATP 不過, 由於運動時肌肉及血液只能承擔 60 至 70 克的乳酸, 之後機體本身便會出現疲勞的 9 Hultman (1967) 及 Karlsson (1971) 現象 10, 影響正常的肌肉活動, 所以在沒有氧氣 的情況下, 整個乳酸系統實際上只能提供 1 至 1.2 摩爾的 ATP 11, 即相當於 10 至 12 千卡的能量 12 ( 約 為整個 ATP PC 系統的 2 倍 ) 正如 ATP PC 系統一樣, 乳酸系統可以在沒 有氧氣的情況下產生 ATP, 不同之處卻是用上了 醣元作為燃料, 並且在產生 ATP 的同時, 亦產生 了與疲勞有關的代謝產物 - 乳酸 雖然乳酸系統 所能提供的能量也是非常有限, 但其重要性也和 ATP PC 系統一樣, 就是能夠在很短的時間內提 供能量作為肌肉活動之用 所以一些需要在 1 至 3 分鐘內完成的大強度活動, 如 400 米及 800 米 跑, 均非常依賴 ATP PC 系統及乳酸系統來提供 能量 有氧系統 在氧氣充足的情況下,1 摩爾醣元可以被完 全氧化成二氧化碳 (CO 2 ) 和水 (H 2 O), 並產生 39 摩爾 ATP 13, 整個步驟要用上 6 摩爾, 即 升 (L) 的氧氣 (O 2 ) 14 換句話說, 在有氧系統 運作之下, 若以醣元作為燃料, 每重新合成 1 摩 爾 ATP, 人體便要攝取 = 3.45 升的氧 氣了 在安靜的時候, 這可能要用上 10 至 15 分 10 根據 Sahlin(1978) 及 Triveldi 與 Danforth(1966), 當肌肉的乳酸增加時, 體液的酸鹼度便越趨下降, 因而抑制了一些有助於無氧醣酵解 (anaerobic glycolysis) 的酵素 (enzymes) 正常運作, 於是亦影響了肌肉的活動能力 11 1 摩爾 (mole) 或 180 克 (g) 的醣元 (glycogen) 在無氧醣酵解 (anaerobic glycolysis) 下可產生 180 克乳酸 (lactic acid) 及 3 摩爾 ATP 因此, 當只有 60 至 70 克乳酸能夠從醣元在無氧醣酵解下產生時, 所能提供的 ATP 便只有 = 1 至 = 1.2 摩爾了 12 若以每 1 摩爾 (mole)atp 平均可釋放 10 千卡 (kcal) 能量計算,1 至 1.2 摩爾 ATP 便相當於 10 至 12 千卡的能量了 13 正如其他兩個無氧系統一樣, 一切有關的化學反應均發生在肌肉細胞之內, 但有氧系統涉及的化學反應都要比其他兩個系統來得多和複雜, 而且都只發生在肌肉細胞的線粒體 (mitochondria) 之中 14 由於 1 摩爾 (mole) 的任何氣體在標準溫度及壓力 (standard temperature and pressure) 之下會佔上了 22.4 升 (L) 的體積, 所以 6 摩爾便相當於 = 升的氧氣 香港體育教學網製作 ( 5 注意 : 本講義為非賣品, 只可作教與學用途

6 鐘的時間, 但從事劇烈運動的時候, 則可能只是 1 分鐘以內的事罷了 除了醣元之外, 有氧系統還可以用脂肪 (fats) 及蛋白質 (proteins) 作為燃料來重新合 成 ATP 就以棕櫚酸 (palmitic acid, 一種典型的 脂肪酸 ) 為例,1 摩爾的棕櫚酸 ( 約半磅 ) 經氧 化後能夠產生 130 摩爾 ATP 不過要完全氧化 1 摩爾的棕櫚酸, 人體就要攝取 23 摩爾, 即 升的氧氣 15 這也是說, 在有氧系統運作之下, 若以脂肪 ( 如棕櫚酸 ) 作為燃料, 每重新合成 1 摩爾 ATP, 人體便要攝取 = 3.96 升的 氧氣 因此, 有氧系統若以脂肪作為燃料, 要產 生同量的 ATP, 便要比用醣元作為燃料時消耗多 約 15% 的氧氣了 至於蛋白質方面, 一般認為除非身體是處於 飢荒 醣元消耗殆盡或非比尋常的耐力項目 ( 如 歷時數天的超長距離跑 ) 之中, 否則蛋白質對提 供能量作為肌肉活動的貢獻只是微不足道 在安 靜及大部分的體育活動中, 醣元和脂肪仍然是主 要提供能量以重新合成 ATP 的燃料 比較起另外兩個無氧系統來說, 有氧系統在 ATP 的總生產量可說是難以估計, 因為無論是醣 元 脂肪, 甚至是蛋白質均可以用作重新合成 ATP 不過單從醣元方面計算, 人體全身有肌醣 390 至 450 克 16, 肝醣 80 至 100 克 17, 再加上 5 至 6 克的血糖 18, 人體內醣元的總存量為 475 至 556 克, 共可產生 至 摩爾 ATP, 即相 當於 1029 至 1205 千卡的能量 同樣道理,23 摩爾便相當於 = 升的氧氣了 16 根據 Hultman(1967), 人體每千克 (kg) 肌肉內有 13 至 15 克 (g) 的肌醣 假設一個人的體重為 70 千克, 則全身的肌肉重量約為 30 千克, 所以肌醣的總量為 = 390 至 = 450 克 Hultman 與 Nilsson(1971) 陳吉棣 (1983) 475 克醣元可產生 = 摩爾 (mole) ATP, 以 1 摩爾 ATP 平均可產生 10 千卡 (kcal) 能量計算, 即相當於 1029 千卡的能量 按同樣的計算原則,556 克醣元可產生 = 摩爾 ATP, 亦即相當於 由於有氧系統能夠在大量合成 ATP 之餘而 不會產生導致疲勞的代謝產物, 所以是人體處於 安靜狀態時供能系統的最佳選擇 此外, 對於長 時間的耐力性項目 ( 如馬拉松長跑 ) 來說, 有氧 系統因為能夠用上醣元和脂肪作為燃料, 所以亦 只有它可以供應充足的能量作這類活動之用 20 安靜時的能量來源 人 體處於安靜狀態時, 因為心肺系統能夠供 應充足的氧氣給肌肉細胞使用, 所以能量 主要是由有氧系統提供, 而且無論是醣元或脂 肪, 均可以被用作供能的燃料 在安靜的情況 下, 約有三分之二的能量是來自脂肪的代謝, 另 外的三分之一則是來自醣元的有氧醣酵解, 而蛋 白質的貢獻只是微乎其微 運動時的能量來源 運 動的時候, 無氧系統和有氧系統均會供應 能量作肌肉活動之用, 只不過各個供系統 的重要性會按個別運動項目的種類 運動員的訓 練狀態及膳食等方面而有所差異 原則上大部分 的運動項目皆可被歸納為兩個類別 :(1) 時間短 而強度大的運動, 和 (2) 時間長而強度較小的 運動 當然, 還有其他的一些項目是未能歸入這 兩個類別之中 時間短 強度大項目 一切只可以維持 2 至 3 分鐘的運動項目, 如 100 米 200 米 400 米及 800 米跑等, 均可被視 為時間短而強度大的項目 由於人體的攝氧能力 始終是有上限 ( 見表二 ), 就以 100 米跑來說, 往往便需求到每分鐘近 8 升的氧氣, 單靠有氧系 統根本是無法供應足夠能量作這類活動之用 再 者, 就算人體的攝氧能力可以達到如此的需求, 1205 千卡的能量 20 根據 Costill 與 Fox(1969) 及 Fox 與 Costill(1972), 要跑畢一次馬拉松長跑 ( 比賽距離為 千米或 26.2 英哩 ) 可以用上近 150 摩爾 (mole) 的 ATP( 約每分鐘 1 摩爾 ATP) 香港體育教學網製作 ( 6 注意 : 本講義為非賣品, 只可作教與學用途

7 機體仍需要 2 至 3 分鐘的時間, 以作出各種有關 的生物化學及生理上的調整 因為這類時間短而 強度大的項目經常要求到機體在氧氣短缺 (oxygen deficit) 的情況下提供能量作肌肉活動 之用, 所以無氧系統 ( 包括 ATP PC 系統及乳酸 系統 ) 是這類項目的主要供能系統 表二 最大攝氧量比較 最大攝氧量 ( 每分鐘 ) 受訓練運動員 一般人 男 ( 升 ) 女 ( 升 ) 對於時間極短而強度非常大的項目而言, ATP PC 系統是主要的無氧供能系統 雖然 PC 會 於很短時間之內下降至非常低的水平, 並一直維 持於該水平至運動結束為止, 不過在運動結束後 的數分鐘內,PC 便可以完全恢復 當乳酸系統逐漸取代 ATP PC 系統而成為主 要的無氧供能系統後, 無氧醣酵解的活動迅速活 躍起來, 隨之而來的也就是同樣急劇的乳酸積 聚, 這情況特別以 2 至 10 分鐘內完成的項目為 顯著, 乳酸的濃度甚至曾記錄得高出正常情況下 (10 mg% 25 ) 的 20 倍之多 26 因此, 乳酸濃度也 是乳酸系統活躍程度的最佳指標 在 PC 接近衰 竭及乳酸濃度不斷提高的情況下, 活動亦只得停 止下來或改以較低的強度繼續進行 時間長 強度小項目 任何可以維持較長時間 (10 分鐘或以上 ) 的 運動項目, 都可以被歸納於這個類別之中 有氧 系統是這類活動的主要供能系統 20 分鐘以內的 運動項目主要以醣元作為燃料, 脂肪次之 當運 Saltin 與 Astrand(1967) Fox,Billings,Bartels,Bason 與 Mathews(1972) Drinkwater(1973) Drinkwater,Horvath 與 Wells(1975) 10 mg% 是每 100 毫升 (ml) 血液內含有 10 毫克 (mg) 的意思 26 Robinson(1974) 動持續下去 ( 如 1 小時或以上 ), 醣元的儲備明顯下降時, 脂肪便會逐漸取而代之成為有氧系統的主要燃料 對於這類時間長而強度較小的項目來說, ATP PC 系統及乳酸系統只在運動開始的階段, 即機體的攝氧量進入穩定狀態 (steady state) 之前 ( 通常需要 2 至 3 分鐘 ), 或運動中途及尾段要作加速或最後衝次時, 才會起著積極的作用 因此, 雖然血液內的乳酸濃度亦可以相當之高, 但通常不及乳酸系統主導時般嚴重 時間較長的項目如馬拉松長跑 ( 一般需要 2.5 小時以上 ), 運動員於比賽完結時血液內乳酸的濃度往往只是安靜時 (10 mg%) 的 2 至 3 倍 27 對於這類運動員來說, 導致疲累的原因包括 :(1) 肝醣耗盡以致血糖濃度下降,(2) 肌醣耗盡而出現局部的肌肉疲勞,(3) 水分和電解質流失導致體溫上升, 及 (4) 心理上感到沉悶等 28 時間更長的項目如步行 哥爾夫球或日常的勞作等, 因為單憑 ATP PC 系統已足夠應付機體進入穩定狀態前額外的能量需求, 所以血液內乳酸的水平一般與安靜時無異, 而且疲勞的情況亦得以壓後或甚至不會出現 其他項目除了以上兩個類別的項目外, 還有一些運動項目是介乎於兩者之間的, 這類項目的特點, 就是需要到有氧系統及無氧系統的同時或交替運作 就以 1500 米及 3000 米為例, 在活動的加速及衝次階段, 無氧系統是主要的供能系統 另一方面, 在活動的中段或穩定狀態階段, 能量則主要由有氧系統供給 其實, 不單止是徑賽項目如此, 其他的運動項目如游泳 自行車, 甚至是球類活動等, 都有類似的情況出現 供能系統的選擇其實, 供能系統的主導地位, 主要是根據運動項目實際進行時的速度和時間而定 運動進行 Costill 與 Fox(1969) Costill(1974) 香港體育教學網製作 ( 7 注意 : 本講義為非賣品, 只可作教與學用途

8 時的速度越高, 強度通常也越大, 能夠維持的時 間亦越短 因為機體沒有足夠的氧氣補給, 亦沒 有充足的時間過渡至穩定狀態, 所以能量只有靠 無氧系統供給 速度越高, 強度越大,ATP PC 系統在提供能量上越加重要 當活動的時間持 續,PC 接近耗盡的時候, 乳酸系統便取而代之 成為主導的供能系統 反過來說, 耐力性項目或 當活動的速度放緩, 強度下降, 機體得到充分的 氧氣補給, 並進入穩定狀態後, 能量便可以單靠 有氧系統來供應 不過當運動的速度或強度再度 增加時, 無氧系統又會重新投入工作, 甚至再次 成為主導的供能系統了 供能系統的鍛煉 既 然跑步時肌肉的收縮必須要靠供能系統不 斷補充能量才可以維持正常的運作, 供能 系統的鍛煉當然是不容忽視了 一般來說, 中長 跑運動員主要用兩種方法來鍛煉其供能系統 : (1) 持續跑, 及 (2) 間歇跑 有關持續跑及間歇跑的訓練詳情, 請繼續留 意下一課 ( 第四課 ) 的內容 參考資料 Corbin, C. B., & LeMasurier, G. (2002). Making sense of multiple physical activity recommendations. Research Digest, December President's Council on Physical Fitness and Sports. Costill, D. L. (1974). Muscular exhaustion during distance running. Phys Sportsmed., 2(10), Costill, D. L., and Fox, E. L. (1969). Energetics of marathon running. Med Sci Sports, 1, Drinkwater, B. L. (1973). Physiological responses of women to exercise. In J. L. Wilmore (ed.), Exercise and Sport Sciences Reviews, Volume 1. New York: Academic Press, pp Drinkwater, B. L., Horvath, S. M., and Wells. C. L. (1975). Aerobic power of females, ages 10 to 68. J Gerontol., 30(4), Fox, E. L., and Costill, D. L. (1972). Estimated cardiorespiratory responses during marathon running. Arch Environ Health, 24, Fox, E. L., Billings, C. E., Bartels, R. L., Bason, R., and Mathews, D. K. (1972). Fitness standards for male college students. Int Z Angew Physiol., 31, Fox, L. E., Bowers, R. W., & Foss, M.L. (1993). The Physiological Basis for Exercise and Sport, (5th Ed.). 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, Hultman, E., and Nilsson, L. H. (1971). Liver glycogen in man: Effect of different diet and muscular exercise. In B. Pernow and B. Saltin (eds.), Muscle Metabolism during Exercise. New York: Plenum Press. IOM. (2002). Dietary Reference Intakes for Energy, Carbohydrates, Fiber, Fat, Protein and Amino Acids (Macronutrients). National Academy of Sciences, Institute of Medicine. Washington, DC. Jensen, C. R., and Fisher, A. G. (1979). Scientific Basis of Athletic Conditioning (2nd ed.). Philadelphia: Lea & Febiger. Karlsson, J. (1971). Lactate and phosphagen concentration in working muscle of man. Acta Physiol Scand (Suppl), 358, Karvonen, M., Kentala, E., & Mustala, O. (1957). The effects of training on heart rate: A longitudinal study. Ann Med Exper Biol Fenn., 35, National Association for Sport and Physical Education. (1998). Physical Activity for Children: A statement of guidelines. Reston, VA: NASPE Publications. PCPFS (n.d.). Fitness Fundamentals: Guidelines for Personal Exercise Programs. The President's Council on Physical Fitness and Sports. Pollock, M. L., Gaesser, G. A., Butcher, J. D., Despres, J P, Dishman, R. K., Franklin, B. A., & Garber, C. E. (1998). ACSM Position Stand: The recommended quantity and quality of exercise for developing and maintaining cardiorespiratory and muscular fitness, and flexibility in healthy adults. Medicine and Science in Sports and Exercise, 30(6), Robinson, S. (1974). Physiology of muscular exercises. In V. B. Mountcastle (ed.), Medical Physiology (13 th ed.), Volume 2. St. Louis: Mosby, p Sahlin, K. (1978). Intracellular ph and energy metabolism in skeletal muscle in man. Acta Physiol Scand (Supp, 455), Sallis, J. F., Patrick, K., & Long, B. L. (1994). An overview of international consensus conference on physical activity guidelines for adolescents. Pediatric Exercise Science, 6, Saltin, B., and Astrand, P. O. (1967). Maximal oxygen uptake in athletes. Journal of Applied Physiology, 23, Triveldi, B., and Danforth, W.H. (1966). Effect of ph on kinetics of frog muscle phosphofructokinase. Journal of Biological Chemistry, 241, U.S. Department of Health and Human Services. (1996). Physical Activity and Health: A Report of the Surgeon General. Atlanta, GA: U.S. Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Chronic Disease Prevention and Health Promotion. 陳吉棣 (1983): 運動與糖 曲綿域 ( 主編 ), 中國醫學百科全書 : 運動醫學 上海 : 上海科學技術出版社 香港體育教學網製作 ( 8 注意 : 本講義為非賣品, 只可作教與學用途

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