第Ⅰ篇 運動生理學的基礎 1 第Ⅱ篇 運動生理學與身體系統 67 第Ⅲ篇 營養與環境 239 第Ⅰ篇 運動生理學的基礎 1 第 1 章 研究在健身與競技運動上的應用　3 (12月29日) 第 2 章 生物能量學與能量代謝需求　27 (9月29日、10月6 日) 第Ⅱ篇 運動生理學與身體系統 67 第 3 章 骨骼肌肉系統　69 (10月13日、20日) 第 4 章 神經系統　103 (10月27日) 第 5 章 心血管系統　135 (11月3日、11月10日) 11月17日期中考試 第 6 章 呼吸系統　167 (11月24日、12月1日) 第 7 章 內分泌系統　197 (12月8日，介紹) 第Ⅲ篇 營養與環境 239 第 8 章 運動的營養補充　241 第 9 章 運動中液體與電解質的挑戰　275 第 10 章 環境的挑戰與運動表現　295 (12月15日、12月22日) 1月5日、1月12日預備週與期末考試 第Ⅳ篇 健康與運動表現的訓練 327 第 11 章 了解與改善身體組成　329 第 12 章 健康與運動表現的有氧與肌力處方　353 第 13 章 健康、體適能與運動表現的測驗與預估　385 第 14 章 運動增補劑　415 第 15 章 特殊族群的訓練考量　443

閱讀這一章節後， 你應該能夠做到下列幾點： 第二章 生物能量學與能量代謝需求 瞭解運動與休息時，所使用的主要代謝基質 第二章 生物能量學與能量代謝需求 閱讀這一章節後， 你應該能夠做到下列幾點： 瞭解運動與休息時，所使用的主要代謝基質 瞭解腺嘌呤核苷三磷酸－磷化物系統、醣解系統與有氧系統產生能量的過程 解釋各能量系統對於訓練的適應作用 瞭解在不同運動過程時，所使用的主要能量物質 瞭解無氧與有氧代謝作用，在運動中是如何交互作用 分辨間接與直接能量測量技術 解釋運動的有氧與無氧適應 說明代謝在恢復過程中的角色

你不論是在睡覺、清醒坐著或從事運動，都需要能量來維持你的身體功能。除此之外，在運動時，你的肌肉需要能量來產生力量，以執行身體的動作。我們所吃的植物性與動物性食物，是提供人體能量的來源。將食物轉換成能量的化學過程，稱為生物能量學 (bioenergetics) 或代謝作用 (metabolism) 。這個過程有點像是木頭的燃燒。木頭燃燒時需要氧氣，而在將食物轉換成人體有用的能量，也需要氧氣。在這兩種過程中，化學鍵會斷裂，能量被釋出。在木頭燃燒時，能量會以熱與光的形式釋出，並產生水蒸氣或水、二氧化碳 (CO2) 與灰燼。當食物在代謝時，也會產生熱、能量、水與CO2。 要瞭解人體如何達到休息與運動時的能量需求、在各種運動下，代謝作用為何會優先使用某些食物，以及運動時是什麼原因導致疲勞，都必須先具備完整的生物能量學知識。除此之外，要完全地瞭解長期的體重控制，以及為何在吃過量的各類食物之後，便可能會增加體脂肪，也需要具備生物能量學的知識。本章的目的是在介紹生物能量學的基礎概念與特殊概念，以及生物能量學是如何影響運動表現。

醣類 脂肪 蛋白質 葡萄糖 脂肪酸 胺基酸 身體其他 組織 醣酵解產生ATP 氧化產生ATP 100.9

醣類 能量來源 (ENERGY SOURCES) 單醣類：葡萄糖、果糖、半乳糖 雙醣類：麥芽糖、蔗糖(方糖) 多醣類：三個至數百個單醣所合成的複合醣類 植物性多醣：澱粉、纖維素 動物性多醣：肝醣

脂肪 能量來源 (ENERGY SOURCES) 脂肪酸：4-24個(偶數)碳原子連結成串 飽和、不飽和、單元不飽和、多元不飽和脂肪酸 三酸甘油酯

能量來源 (ENERGY SOURCES) 脂肪 脂肪酸 三酸甘油酯 一分子甘油＋三分子脂肪酸 人體儲存脂肪酸的方式 (脂解作用分解)

蛋白質 能量來源 (ENERGY SOURCES) 由胺基酸組成 所有胺基酸有相同基本結構 必需胺基酸(9種) 非必需胺基酸 由食物攝取 非必需胺基酸 可由身體合成 只有少量胺基酸能作為能量代謝使用

酵素 透過降低反應所需能量促進化學反應 鎖鑰概念 異化性反應 (分解反應) 同化性反應 (合成反應) 質量作用效應 溫度與酸性影響酵素的催化反應

能量來源 (ENERGY SOURCES)

有氧代謝 無氧代謝 有氧與無氧代謝 (AEROBIC AND ANAEROBIC METABOLISM) 使用氧氣來代謝食物(醣類、脂肪、蛋白質) 代謝產物：能量、CO2、水 無氧代謝 產生能量過程，不需要氧氣 醣類無氧代謝、磷化物系統(ATP-PC) 代謝產物：能量、CO2、乳酸

有氧與無氧代謝 (AEROBIC AND ANAEROBIC METABOLISM)

人體的能量來源 ATP (腺嘌呤核苷三磷酸) 被稱為「能量鈔票」or「即時能源」 (adenosine triphosphates) -- 儲存在身體內細胞中 ATP → ADP Pi 7-12大卡能量 一分子的ATP分解可以產生7-12大卡的能量

ATP：能量分子

ATP：能量分子

ATP-PC系統 每秒需要大量能量的運動 時間較短(10-15秒) 磷酸肌酸(phosphocreatine, PC) 短跑衝刺、舉重、跳高、跳遠 時間較短(10-15秒) 磷酸肌酸(phosphocreatine, PC) 肌酸激酶(creatine kinase, CK)

摘自http://i. dailymail. co 摘自http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2008/09/11/article-1054529-024E99FE00000578-808_468x370.jpg 摘自http://images.smh.com.au/ftsmh/ffximage/2009/08/17/bolt2_wideweb__470x334,0.jpg 摘自http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2008/09/10/article-0-024D8D4100000578-169_306x324.jpg

ATP-PC系統 Pi 數量越多不一定好 (33頁) 再合成磷化物的能力提升才會改善高強度短時間的運動能力 等速肌力訓練增加14% 腳踏車衝刺訓練增加44%

ATP-PC系統

醣解(GLYCOLYSIS) 在肌肉細胞的細胞液(質)中進行 醣解過程不需要氧氣介入 葡萄糖磷酸化作用與肝醣分解作用 生成丙銅酸 有足夠氧氣時生成乙醯輔酶A (acetyl-CoA) 沒有足夠氧氣時會生成乳酸 又稱為乳酸能量系統

肝醣磷化酶 磷酸果糖激酶 PFK 醣解酵素的運動適應 肌肉肝醣的運動適應 P36 醣解(GLYCOLYSIS) 乳酸脫氫酶 LDH

醣解(GLYCOLYSIS) 緩衝能力的適應 當肌肉酸性增加時，緩衝運動時生成的氫離子，可以增加運動表現 並非所有研究都發現運動訓練可以增加緩衝能力

醣解(GLYCOLYSIS)

有氧酵素系統(AEROBIC ENZYMATIC SYSTEM) 在粒腺體中進行 克勞伯環(Krebs cycle) 檸檬酸循環(citric acid cycle) 電子傳遞鏈(electron transport chain) 氧化磷酸作用(oxidative phosphorylation)

有氧酵素系統(AEROBIC ENZYMATIC SYSTEM) 克勞伯環(Krebs cycle) 檸檬酸循環(citric acid cycle) 電子傳遞鏈(electron transport chain) 氧化磷酸作用(oxidative phosphorylation)

有氧酵素系統(AEROBIC ENZYMATIC SYSTEM) 克勞伯環(Krebs cycle) 檸檬酸循環(citric acid cycle) 電子傳遞鏈(electron transport chain) 氧化磷酸作用(oxidative phosphorylation) 氫離子濃度梯度的產生 P38

(AEROBIC ENZYMATIC SYSTEM) 有氧酵素系統 (AEROBIC ENZYMATIC SYSTEM)

醣類代謝作用 來源：血糖或肌肉肝醣 大腦的能量供應來源 運動強度低主要使用血糖、運動強度高主要使用肌肉肝醣 McArdle症：使用肝醣進行代謝的基因問題 (42頁) 柯瑞循環(Cori cycle)：乳酸產生後的進入血液中，運送至肝臟，並在肝臟中合成葡萄糖(乳酸代謝途徑一) 乳酸穿梭假說(lactate shuttle hypothesis)：血乳酸不僅會在肝臟的柯瑞循環重新合成肝醣，也可以被其他組織用來合成肝醣或轉換成丙銅酸，進入有氧代謝途徑(乳酸代謝途徑二)

三酸甘油酯代謝作用 有氧代謝的ATP總量與三個脂肪酸的長度有關 甘油的作用 β氧化作用(beta oxidation)是指脂肪酸分解成2碳分子(乙酸)的過程，乙酸也會轉換成乙醯輔酶A，進入克勞伯循環

三酸甘油酯代謝作用

蛋白質的代謝 蛋白質可以透過許多途徑提供能量 糖質新生作用(gluconeogenic) 胺基酸必須先進行脫氨作用(deamination)，或者將胺基團移除 胺基團移除會形成氨離子(NH3)，會干擾身體的酸鹼平衡，在肝臟中會將2分子的氨與CO2合成尿素(N2H4CO) 尿素會被釋放至血液，並於尿液中排出 通常只有少量的蛋白質或胺基酸會被代謝以提供能量 極端節食 極高量蛋白質飲食

食物、氧與ATP 細胞質 蛋白質分解 糖酵解 三酸甘油脂分解 丙酮酸 脂肪酸 脫胺基 線粒體內進行 (mitochondrial) ATP 胺基酸 丙酮酸 脂肪酸 脫胺基 線粒體內進行 (mitochondrial) ATP

(METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 休息與運動時的代謝基質 (METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 視窗2-4 有多少能量來自脂肪？ 44頁 視窗2-5 身體運動時優先使用葡萄糖做為能源，為什麼身體大部分的能源儲存都使用脂肪儲存？ 45頁

(AEROBIC ENZYMATIC SYSTEM) 有氧酵素系統 (AEROBIC ENZYMATIC SYSTEM)

(METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 休息與運動時的代謝基質 (METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 醣類、三酸甘油酯、蛋白質 休息時 33%來自於醣類代謝 66％來自於三酸甘油酯代謝 最大運動時 100％來自於醣類代謝

(METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 休息與運動時的代謝基質 (METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 視窗2-6 (47頁) 最大脂肪代謝運動強度

(METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 休息與運動時的代謝基質 (METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 30分鐘以上的運動能量代謝會從醣類逐漸地移向三酸甘油酯 腎上腺素、正腎上腺素、昇糖激素上升，增加脂解酶的活性 血中胰島素濃度降低 肝醣儲存量的耗盡 (撞牆期，hitting the wall)

(METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 休息與運動時的代謝基質 (METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 乳酸閾值 乳酸堆積起點 (4 mM/L) 乳酸閾值增加時或在較高強度出現乳酸閾值時，耐力運動表現也會進步 可以用來編排運動訓練處方的訓練強度區間

(METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 休息與運動時的代謝基質 (METABOLIC SUBSTRATES FOR REST AND EXERCISE) 基質可利用性 肌肉肝醣 血糖的使用 醣類運動飲料的攝取(視窗2-7)—每小時每公斤體重0.7克葡萄糖、6-8%濃度 肌肉三酸甘油脂 運動時基質的使用 肝醣節省作用、延遲疲勞

(METABOLIC RECOVERY AFTER EXERCISE) 運動後的代謝恢復 (METABOLIC RECOVERY AFTER EXERCISE) 運動後過攝氧量

(METABOLIC RECOVERY AFTER EXERCISE) 運動後的代謝恢復 (METABOLIC RECOVERY AFTER EXERCISE)

(METABOLIC RECOVERY AFTER EXERCISE) 運動後的代謝恢復 (METABOLIC RECOVERY AFTER EXERCISE) 主動恢復 腳踏車30-45% VO2max 跑步55-60% VO2max 強度必須低於乳酸閾值 最大攝氧量越大乳酸的恢復能力越好

(METABOLIC RECOVERY AFTER EXERCISE) 運動後的代謝恢復 (METABOLIC RECOVERY AFTER EXERCISE)

(MEASURING ENERGY PRODUCTION) 測量能量的生成 (MEASURING ENERGY PRODUCTION)

(MEASURING ENERGY PRODUCTION) 測量能量的生成 (MEASURING ENERGY PRODUCTION)

(MEASURING ENERGY PRODUCTION) 測量能量的生成 (MEASURING ENERGY PRODUCTION) 葡萄糖 C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + 30 ATP 呼吸交換率 = 6/6 = 1 三酸甘油酯 C16H32O2 + 23O2 → 16H2O +16CO2 + 129 ATP 呼吸交換率 = 16/23 = 0.7 蛋白質參與能量提供少

(MEASURING ENERGY PRODUCTION) 測量能量的生成 (MEASURING ENERGY PRODUCTION)

(MEASURING ENERGY PRODUCTION) 測量能量的生成 (MEASURING ENERGY PRODUCTION)

(MEASURING ENERGY PRODUCTION) 測量能量的生成 (MEASURING ENERGY PRODUCTION) 基礎代謝率 BMR 適當溫度的環境下臥姿測量 餐後12-18小時、起床時測量 年齡、性別、體溫、壓力、體表面積 佔每日能量消耗的60-75% 休息代謝率 RMR 清淡飲食後約4小時、在30-60分鐘的安靜休息後測量 MET=休息代謝率 9 METs (視窗2-8)

(MEASURING ENERGY PRODUCTION) 測量能量的生成 (MEASURING ENERGY PRODUCTION)

(INTERACTIONS OF ANAEROBIC AND AEROBIC METABOLISM) 無氧與有氧代謝的交互作用 (INTERACTIONS OF ANAEROBIC AND AEROBIC METABOLISM)

(INTERACTIONS OF ANAEROBIC AND AEROBIC METABOLISM) 無氧與有氧代謝的交互作用 (INTERACTIONS OF ANAEROBIC AND AEROBIC METABOLISM)

(INTERACTIONS OF ANAEROBIC AND AEROBIC METABOLISM) 無氧與有氧代謝的交互作用 (INTERACTIONS OF ANAEROBIC AND AEROBIC METABOLISM)

(INTERACTIONS OF ANAEROBIC AND AEROBIC METABOLISM) 無氧與有氧代謝的交互作用 (INTERACTIONS OF ANAEROBIC AND AEROBIC METABOLISM)

(INTERACTIONS OF ANAEROBIC AND AEROBIC METABOLISM) 無氧與有氧代謝的交互作用 (INTERACTIONS OF ANAEROBIC AND AEROBIC METABOLISM)

個案研究 (CASE STUDY) RER超過1.0時 血液中的重碳酸鹽緩衝系統 生成CO2 間歇訓練時的休息方式 黃彥霖 林義傑

本章總結 　　無氧與有氧代謝途徑均可以ATP的形式，提供細胞能量，讓細胞活動以及進行身體活動。肌肉內的ATP與PC，以及生成乳酸的醣解，屬於無氧產能的來源，也是短時間高強度運動的主要能量來源。醣類、脂肪與蛋白質，均可在粒線體中，透過克勞伯環與電子傳遞鏈，進行有氧代謝。一般而言，醣類與三酸甘油酯是有氧代謝的主要基質，而蛋白質中的胺基酸，也有少量可供代謝。有氧代謝是長時間低強度運動的ATP的主要來源。不過，在短時間高強度與長時間低強度運動時，有氧與無氧代謝供能有明顯的交互作用。有氧與無氧代謝均會有訓練的適應，增加各種酵素的活性，以及增加基質的可利用性，進而增加身體表現的能力。單次運動後的有效恢復，也與代謝過程有部分關聯性。在恢復時，高於安靜值的攝氧量 (EPOC)，被用來進行乳酸的有氧代謝以及再合成肌肉內的PC。瞭解代謝恢復的過程，以及ATP的有氧與無氧生成過程，才能瞭解是什麼限制了運動表現，以及是什麼造成了各類型運動的疲勞。隨後，這些因素的相關知識，便能用以發展訓練與競賽策略，進而最佳化運動表現。