運動的能量系統 (二) – 醣解系統

作者: Chris教練

「醣解系統(Glycolytic )」為分解「存在肌肉中的葡萄糖,稱為肌肝醣」或「血液中的醣類(葡萄糖或其他),稱為血糖」,並生成ATP的過程。
因為醣解系統的過程牽涉許多分解酶的反應,所以產生ATP的速率無法像「磷酸系統」只有「單一步驟」那麼快。
然而,因為醣解系統有「肌肝醣」和「血糖」做為能量來源,相較磷酸系統可以產生更多的能量 。


一、基本概念

醣解系統的反應會產生「丙酮酸(Pyruvate acid)」和「丙酮酸鹽(Pyruvate)」。(兩者在中文書裡會被共同稱為「丙酮酸」,但為了釐清後續的效應,區分兩者的不同非常重要),依照目前教科書的說法,產生「丙酮酸鹽」後會有兩個作用途徑,分別為「快速醣解」和「慢速醣解」。


二、快速醣解

「快速醣解」: 當進行能量需求高且必須快速生成能量的運動時,丙酮酸鹽會被轉換成「乳酸鹽(Lactate)」,例如「重量訓練」。


三、「乳酸鹽(Lactate)」≠「乳酸(Lactic acid)」

首先,有個重要觀念需先釐清:
「乳酸鹽(Lactate)」≠「乳酸(Lactic acid)」
平常談論運動常說的乳酸,嚴格來說應該要稱作「乳酸鹽」,真正討論是「乳酸」的機會較少。


四、運動中感到痠的兇手

運動當中感到的痠,主要的兇手不是乳酸,而是與「氫離子(H+)」有關,可能原因如下:

(1)氫離子大量累積,降低細胞酸鹼值。

(2)氫離子抑制鈣離子與肌原蛋白(troponin)合成,與「肌纖維細絲滑動學說(Sliding-filament theory)」有關。

(3)酸鹼值的下降會抑制能量系統中「作用酶」的轉換速率。


五、造成運動當下痠痛的研究不一致

目前研究對於運動當下的痠痛有兩種看法:

(1)主張「乳酸酸化」的看法:認為是「醣解作用」產生的「丙酮酸(Pyruvate acid)」會轉換成「乳酸(Lactic acid)」,並馬上分解成「乳酸鹽(Lactate) + 氫離子(H+)」。

(2)主張「代謝酸化」的看法:認為「ATP的水解」所分離出的氫離子(H+),可能才是造成氫離子(H+)堆積的主因,因為「丙酮酸鹽(Pyruvate)」經歷「磷酸甘油肌酸激酶作用」轉換成「乳酸鹽」,而且當中「乳酸鹽」並沒有解離出氫離子(H+)。


六、血乳酸

休息狀態下,血液中的乳酸鹽(簡稱「血乳酸」)正常濃度範圍是0.5-2.2mmol/L,而運動會提高「血乳酸」和「碳酸氫鹽(bicarbonate, HCO3-)」的濃度。
※其中碳酸氫鹽(HCO3-)會吸收氫離子(H+)形成「碳酸(H2CO3)」,進而減少氫離子(H+) 對代謝酸化的影響。
※乳酸鹽有兩個用途:
(1)可以做為「有氧系統的原料」。
(2)透過血液被運送到「肝臟」轉化成「葡萄糖」,這個過程稱為「Cori Cycle(中文常翻譯成科氏循環、柯里循環)」

圖. Cori Cycle
(圖片來源:Essentials of Strength Training and Conditioning 4th ed.)

七、慢速醣解

「慢速醣解」: 當進行能量需求不高的運動,且細胞氧氣濃度充足的狀況,丙酮酸鹽主要被運送到「粒線體」中進行「克式循環(Krebs Cycle)」,例如「長距離的慢跑」。

當粒線體氧氣充足時,在醣解過程中產生的「丙酮酸」、「丙酮酸鹽」和「菸鹼醯胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide Adenine Dinucleotide, 簡稱NADH)」會被一起運送到粒線體中。
「丙酮酸鹽」進入粒線體會透過「丙酮酸脫氫酶」轉換成「乙醯輔酶A(acetyl-CoA)」,並且形成二氧化碳(CO2)。
當中的「乙醯輔酶A」會進入「電子傳遞鏈系統」,被利用再合成ATP。
.「電子傳遞鏈」會在「有氧系統」的文章中介紹。

八、乳酸閾值(Lactate Threshold)

「乳酸閾值(Lactate Threshold, 簡稱LT)」,嚴格來說應該稱為「乳酸鹽閾值」,但因為長期的口語錯誤,大家也不再計較這個稱呼。
「乳酸閾值(Lactate Threshold)」 代表身體開始大量依賴「無氧代謝」提供運動所需能量的「強度」,又稱為「無氧閾值」。

(1)未訓練者的乳酸閾值,通常開始於50-60%的最大攝氧量(Maximal Oxygen Uptake)。
(2)受過有氧訓練者的乳酸閾值,通常開始於70-80%的最大攝氧量。

九、乳酸激增點(Onset of Blood Lactate Accumulation)

當運動強度繼續提高,血乳酸的堆積會出現「第二次急速升高」,這第二個轉折點稱為「乳酸激增點(Onset of Blood Lactate Accumulation, 簡稱OBLA)」,血乳酸濃度為4mmol/L(考試常常會考這題)。
這個堆積曲線的轉折(OBLA)表示,隨著運動強度增加,有更大的運動單位被招募使用,這通常與大量運用到II型肌纖維有關。

當訓練的強度接近「乳酸閾值(LT)」和「乳酸激增點(OBLA)」,可以幫助血乳酸堆積曲線「向右移」,表示血乳酸在較高的運動強度下才開始堆積,可以讓運動員在更高的強度下進行長時間的訓練。


參考資料:

1. Essentials of Strength Training and Conditioning fourth edition.
2. Periodization Training for Sports


能量系統文章系列:

運動的能量系統 (一) – 磷酸系統
運動的能量系統 (三) – 有氧系統
運動的能量系統 (四) – 初階應用

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