STEAM｜乳酸洗冤錄｜星島教室

2024-03-14 12:37

讀者們可有參加香港一年一度的體壇盛事——渣打馬拉松？若沒有參加，可有試過做完運動後，感覺身體總是很疲累，或是手腳肌肉痠痛？讀者們又可有聽過「跑步後手腳肌肉疼痛，是因為乳酸堆積」？痛的根源真的是乳酸作怪？

一切從高能量分子說起

「三磷酸腺苷」（Adenosine Triphosphate，簡稱ATP）是一種高能量分子，在細胞內起着重要的能量轉移和儲存的作用。它是生物體內的主要能量儲存和傳遞分子。通過水解和合成過程，ATP能夠在細胞內循環利用，提供細胞所需的能量。

運動就是身體各部分肌肉的協調與收縮，而肌肉收縮時需要能量。而這能量的來源便是透過分解一個含高能量分子ATP而產生。因此，如果身體能夠不斷地提供足夠ATP，肌肉便可以不停和迅速地收縮，但ATP是怎樣在人體內產生的呢？人體內有3個主要的能量系統，它們在不同的運動強度和持續時間下提供能量。

1. 磷酸肌酸系統

（ATP-PC System）︰
這個能量系統提供的能量是短暫且高強度的，適用於短時間的爆發性運動，如舉重、短跑和跳躍。當我們需要迅速釋放能量時，這個系統會迅速分解儲存在肌肉中的磷酸肌酸（PCr），生成三磷酸腺苷（ATP）。這個過程不需要氧氣，因此被稱為「無氧代謝」。然而，磷酸肌酸儲存量有限，只能提供數秒至約10秒鐘的能量。

2. 乳酸系統

（Lactic Acid System）︰
又稱為「無氧糖酵解」，當我們進行如快速衝刺或高強度持續運動時，我們的身體無法及時提供足夠的氧氣給肌肉細胞進行能量產生。在這種情況下，我們的身體會通過分解肌肉中的「肌醣」（Muscle Glycogen）及肝臟中的「肝醣」（Liver Glycogen）來產生小量的能量。這過程產生乳酸（下圖）作為副產物，因此被稱為「乳酸系統」。乳酸系統可提供一段時間內中等強度運動所需能量。

3. 帶氧系統

（Aerobic System）︰
　又稱為「有氧代謝」，當我們進行長時間、低至中等強度的運動，如慢跑、游泳和騎自行車時，我們的身體能夠提供足夠的氧氣給肌肉細胞進行能量產生。在帶氧條件下，葡萄糖和脂肪會被分解，生成ATP。這個過程效率較高，可以提供持久而穩定的能量供應。帶氧系統的能量產生速度較慢，適用於長時間運動。這也解釋了為甚麼帶氧運動要做30分鐘以上才能有消脂效果。

運動時，這3個能量系統交互作用，根據運動的特點和強度來提供能量。我們可通過訓練和調整運動強度來優化能量系統的使用，以達到更好的運動效果和健康狀況。

乳酸導致肌肉疲勞？

正如前文所述，乳酸是乳酸系統中產生的物質。當我們進行高強度運動時，身體需要能量。然而，當氧氣供應不足時，身體就會進行無氧代謝，這個時候乳酸就會產生。在運動強度較低的情況下，身體主要使用有氧代謝來提供能量，只會產生很小量乳酸，而且身體可以很容易地將它代謝。但當乳酸的產生速度超過身體的排出速度時，乳酸就會堆積在身體內，形成「乳酸閾值」（Lactate Threshold）。

科學家觀察到，當運動產生疲勞的時候，肌肉中通常都會存在大量的乳酸。也因為這個現象，讓人們普遍誤會乳酸就是導致肌肉疲勞的原因。

痛的真相

近代的科學研究表明，乳酸其實只是一個現象或結果，並非直接導致肌肉疲勞和痠痛的元兇。研究指，肌肉痠痛很可能是由於劇烈運動後，肌肉微小損傷引起的炎症反應，稱為「延遲性肌肉痠痛」（Delayed Onset Muscle Soreness，簡稱DOMS）。當肌肉有這些微型受傷，破壞了肌肉纖維和結締組織之間的蛋白質結構，便會造成組織發炎，影響到附近的感覺神經與壓力感受器，因此就帶來了痠痛的副作用。

當我們所進行的運動量超過了身體目前所能負荷的範圍，例如長距離跑步時，便容易發生延遲性肌肉痠痛。此外，還有另一證據支持乳酸不是痛的元兇。許多研究已指出，由於乳酸的代謝速度很快，故縱使進行耐力型運動後60至90分鐘內，運動員血液中的乳酸濃度亦回復到運動前的水準。因此，「跑步後手腳肌肉疼痛，是因為乳酸堆積」，是錯怪了乳酸。

暫別乳酸

那如何可改善乳酸的影響力？就是促進乳酸的代謝。運動後進行「冷卻運動」（cool down）和伸展，有助於促進乳酸的代謝。而運動後要有適當及充足的休息，睡前進行輕柔按摩，都可促進血液循環，加速代謝肌肉中積累的乳酸。最後一個秘訣就是運動後要多喝水，通過增加體內水分，便可以加快體液的代謝率。筆者在冬天完成跑步訓練後，最愛喝一杯熱檸檬茶，喝熱茶不但可以促進血液循環和有驅寒作用，最重要是因為檸檬中的檸檬酸可以促進代謝，而攝取天然維生素能夠使身體更快地恢復能量，減少疲勞的感覺。

乳酸助跑得更快更遠

筆者初學跑步時，在稍微高強度的配速下，大約跑了10分鐘左右，可能就會心率爆錶，逼不得已要停下來。這是因為當時身體排乳酸的能力還未足夠，要達到跑得更快的配速，堅持跑得更遠，就要使排乳酸機制變強，讓乳酸累積的速度變慢，提升自己的乳酸閾值。一般來說，受過訓練的運動員的乳酸閾值較一般人高，並且越接近最大攝氧量。

小思考，大智慧

如何可粗略估計自己的乳酸閾值心率？
乳酸閾值跑步訓練是進階跑者流行的訓練方法。你知道箇中的方法和原理嗎？

參考答案

要估算出乳酸閾值，基本上都必須進入實驗室，但有經驗的運動員可以運用一個簡單方式來粗略估計自己的乳酸閾值心率。運動員需要一個心率監測器和一個秒錶，並進行如跑步、騎自行車、游泳或其他可持續30分鐘以上的耐力型運動。當運動時的首10分鐘內達到峰值與持續強度後，在接下來的20分鐘內每分鐘記錄一次心率，而當中的平均心率就是你在乳酸閾值下的估計心率。
間歇乳酸閾值訓練︰跑者每周2次以乳酸閾值心率的95%至105%，可以按個人能力快跑800至1500米，進行3至5次約10分鐘的高強度間歇訓練，間隔之間休息大約2至3分鐘。短恢復時間是為了不讓乳酸濃度降得太多，以助訓練提升乳酸閾值。

連續乳酸閾值訓練︰跑者每周2次以乳酸閾值心率的95%至105%，進行1次20至30分鐘的訓練；並每周增加10%至20%的訓練量以取得提升。

文：仁濟醫院羅陳楚思中學校長楊佩珊、仁濟醫院羅陳楚思中學副校長葉慧敏

本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。