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Online ISSN : 1814-7712
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主題:肌酸與運動表現
發言 : Andes_cheng 時間 : 02/10/05(00:59:56) From : 61.57.208.44 分類 : 運動營養
運動生理週訊(第132期)

肌酸與運動表現(Octocber.05.2002)

鄭景峰

壹、前言

  自從1992年巴塞隆納奧運會上,奪得100公尺短跑金牌的英國名將Linford Christie,以及110高欄的Colin Jackson提出肌酸增補對他們的運動成績確實有幫助之後,旋即造成肌酸增補的世界風潮。而目前肌酸的使用,並未被國際奧林匹克委員會(IOC, International Olympic Committee)列為禁藥之列,也因此激起了教練與運科人員對於肌酸增補的注意力。

  為了瞭解肌酸增補的確實效果,本文即針對肌酸在體內代謝系統中所扮演的角色、肌酸增補對運動表現的影響、肌酸增補法及其影響因素等層面加以闡述,以期對肌酸增補的利弊做一全盤性的認識,並提供未來研究者與教練在實施肌酸增補法時,能有適當的生理學上與營養學上的背景知識。


貳、肌酸與能量系統

  肌酸是一種天然的化合物,由精胺酸(arginine)、苷胺酸(glycine)與甲硫胺酸(methionine)在肝臟、腎臟與胰臟內所合成,再藉由血液的循環運送至骨骼肌,以肌酸或者磷酸肌酸(PCr, phosphocreatine)的型式儲存,提供身體所需。魚、肉、蛋及其他動物性製品中皆含有肌酸,而蔬菜中亦有極少的含量。每人每日所消耗的肌酸量,約為體內總肌酸量的1.6%,因此,一個70公斤的正常人每日需消耗2克的肌酸,藉由均衡的飲食即可獲得足夠的補充(張蘋蘋,民88)。運動員在高強度的激烈運動下,則需要藉由體內肌酸的不斷合成產生能量以維持所需,而體內肌酸合成量有限,一般的飲食可能仍無法滿足所需,因此,可透過肌酸的增補提供身體所需,維持運動表現。

  體內肌酸濃度最高的部位在骨骼肌,約佔體內總肌酸的95%,其中包含了40%的游離肌酸(free creatine)與60%的磷酸肌酸。另外,在心臟、精子、視網膜與腦中也含有少部分(5%)。體內骨骼肌的肌酸含量約為90~160 mM/kg d.m.,平均值為125 mM/kg d.m.(McArdle等人,2001)。肌酸與PCr的濃度也和骨骼肌的醣解能力有關,快縮肌纖維(Type Iia與Type Iib)內的PCr濃度較慢縮肌纖維(Type I)高(張蘋蘋)。快縮肌纖維內的PCr儲存量是ATP的4~6倍(McArdle等人)。

  在運動過程中,ATP是能量的基本來源,運動強度越強,消耗越大。在最大運動時,肌肉中ATP的總量只足夠應付肌肉持續2~3秒的運動,因此,需藉由ATP不斷的再合成以維持所需能量。雖然ATP再合成的主要來源,源自於脂肪與肝醣的分解,然而,此時的ATP再合成作用需要較長的時間,因此,在高強度短時間的運動時,比如5~8秒的衝刺跑,由脂肪與肝醣轉換成ATP的速度,將不足以應付此時的能量需求。在高強度短時間的運動中,例如100公尺衝刺跑、25公尺游泳或舉重,其能量的補充來自於肌肉內的高能磷酸鍵(high-energy phosphates)或磷酸根(phosphagens)、ATP以及磷酸肌酸。

  圖一中顯示了ATP與PCr使用磷酸鍵能量的情形。ATP與PCr具有相同的特質;(1)它們均透過磷酸鍵的斷裂而釋放出能量,PCr是透過肌酸(creatine)與磷酸(phosphate)分子之間鍵結的斷裂;(2)ATP與PCr釋放能量的反應,均具有可逆性,亦即磷酸與肌酸也可以再鍵結而形成PCr;而ADP與Pi的鍵結,可再合成ATP。因為PCr在水解時產生的能量較高於ATP的水解能量(McArdle等人),而這些能量將可提供作ADP轉換成ATP的磷酸化反應(phosphorylation)。PCr的水解反應,必須藉由肌酸激酶(CK, creatine kinase)的催化,肌酸激酶有4~6%位在粒線體外膜(outer mitochondrial membrane)內,3~5%位於肌節(sarcomere)中,而有90%位於細胞液(cytosol)內(McArdle等人)。

  當肌肉活動時,會造成肌肉內ADP的瞬間增加,這會使得肌酸激酶開始驅動PCr的水解作用,進而產生ATP;此時的反應,並不需要氧氣的介入,而它可提供的最大能量範圍,大約是在10秒內的激烈身體活動。因此,PCr提供了一個高能磷酸鍵的儲藏室。由於肌酸激酶具有較高的活性,因此,ADP磷酸化反應的速度會高於肌肉肝醣所進行的無氧能量轉換(糖解作用,glycolysis)。如果最大努力運動所持續的時間超過10秒時,ATP繼續再合成的反應,便需透過大分子營養物(比如葡萄糖、脂肪等)的分解以獲得能量的供給。



圖一 ATP與PCr使用磷酸鍵能量的情形


  綜合上述可知,PCr在體內的儲存量是有一定限量的,因此,倘若能夠盡可能地增加骨骼肌內的PCr儲存量時,將可能有下列功能(McArdle等人):(1)在短時間高強度運動中,促進ATP的快速轉換以維持身體作功能力;(2)延遲PCr的耗盡;(3)降低醣解作用的仰賴性,進而減少乳酸(lactate)的生成;(4)在反覆性短時間高強度運動中,透過ATP與PCr迅速地再合成,而促進肌肉的放鬆與恢復;快速的恢復將有助於連續的高強度訓練。


參、肌酸與運動表現

  Harris(1992)以17名受試者,採隨機分派雙盲實驗設計,研究不同的服用次數(4*5g/d vs. 6*5g/d)與運動訓練(1h/d單腳踏車運動),對肌酸補充(CrH2O, creatine monohydrate)效果的影響。研究結果顯示,每天4或6次的肌酸補充,皆可顯著提昇肌酸含量;每天6次組,其儲存量增加率較快(+32%);運動訓練組其肌酸總儲量較無運動組為高。

  Balsom(1993a)以16名男性,隨機分派為安慰劑組與肌酸組,採雙盲實驗設計,連續6日分別服用6克的膠囊,進行十次各6杪的高強度腳踏車運動(140 rev/min)以導致衰竭,研究肌酸補充對動態高強度間歇運動的影響。研究結果顯示,肌酸組其肌肉肌酸含量顯著增加,而有效延遲反覆性高強度運動時疲勞的發生;研究者認為這可能是因為運動初期較高的PCr濃度,與增加恢復期PCr再合成的速率所致,而較低的乳酸與亞黃鹼(hypoxanthine)的堆積也可能是原因之一。

  Greenhaff (1993)以12名受試者,採雙盲實驗設計,隨機分派為肌酸組(5 g Cr + l g葡萄糖)與安慰劑組(6 g葡萄糖),每天4次連續服用5天,隨後進行5回合,每回合30次的最大自主等速收縮(180 0/s)測試,研究口服肌酸,對反覆性最大自主收縮肌力的影響。研究結果顯示,肌酸組其肌肉肌酸含量較高,且於測試過程中,最大肌力顯著提高、肌力遞減率較小。由於肌酸組在運動時的血清中堆積較少的氨(ammonia),研究者認為可能是由於PCr增加,使ATP再合成更有效率,而延遲或減緩疲勞的發生。

  Harris (1993)以10名男性大學中距離跑運動員,隨機分派為肌酸組與控制組,連續6日每天攝取6次各10 g,成分分別為5 g CrH2O + 5 g葡萄糖(肌酸組)與10g葡萄糖(控制組),研究6日口服肌酸補充對最大跑步運動的影響。受試者以其最佳運動成績90~95%的跑速,於不同天各進行4次300公尺跑與4次1000公尺跑測試;每次300公尺跑皆間隔4分鐘的休息期,每次1000公尺跑皆間隔3分鐘的休息期。研究結果顯示,肌酸組於6日增補之後,最後一次300公尺跑步時間的減少程度明顯高於安慰劑組(-0.7s vs. -0.3s);最佳1000公尺跑成績,肌酸組也顯著較安慰劑組為快(-5.5s vs. -1.6s)。

  Balsom等人(1993b),以每天20克,持續6天的肌酸增補後,於腳踏車測功器上實施(1)5次6秒鐘反覆衝刺測驗,每次測驗間休息30秒;(2)10秒鐘衝刺測驗;在測驗之後,立即以活體肌肉穿刺法(muscle biopsy)採樣,結果發現增補後體內肌酸濃度明顯增加(129~152 mM/kg dry wt),反覆衝刺後肌肉中乳酸濃度較低(26 vs. 44 mM/kg dry wt),10秒衝刺後工作輸出量增加。Casey等人(1996),於每日20克,持續5天的肌酸增補後,實施2次30秒的踏車測驗,發現總工作量提高4%,且減少ATP的下降達31%。Earnest等人(1995),以每日服用20克,持續28天的肌酸後進行(1)3次30秒的Wingate測驗,中間休息5分鐘;(2)仰臥推舉1RM測試;(3)仰臥推舉70%1RM的反覆次數測驗;結果顯示發現三項測驗表現皆因肌酸的增補而顯著提高。

  Izquierdo等人(2002)讓受試者(雙盲設計,肌酸組9人,安慰劑組10人)在增補肌酸(20 g/天×5天)之後,檢驗肌酸增補對肌肉爆發力、肌耐力與衝刺表現的影響;研究結果發現肌酸的增補,顯著地增加了受試者的體重(79.4到80.0公斤)、仰臥推舉至疲勞的次數(+21%)與平均輸出功率(+17%)、蹲舉至疲勞的次數(+33%)與平均輸出功率(+20%)、蹲舉1RM的肌力(+11%)以及5公尺衝刺跑的平均時間(-3%);但肌酸的增補對於仰臥推舉1RM的肌力並無顯著促進,且對於6次重複15公尺衝刺的耐力表現亦無增進效果。

  McArdle等人(2001)的書中更進一步地整理了補充肌酸之後,對於體內與運動表現的影響機制。肌酸的增補有助於肌肉內肌酸與PCr儲存量的提升,因而一方面提高了運動前體內PCr的含量,另一方面則由於肌纖維內肌酸含量的增加,提高了細胞的滲透性而讓細胞容量擴大。運動前體內PCr含量的提高,將有助於降低身體對於醣解作用功能的依賴,減少乳酸的生成,延緩pH值的下降,進而延遲疲勞的發生;再者,肌肉內肌酸與PCr含量的增加,有助於PCr再合成速率的提升,因此,對於反覆性高強度短時間運動訓練將有所助益;除此之外,細胞容量的擴大,是由於細胞水合狀態(hydration status)的增加,蛋白質合成也因此而隨之增加,進而使得去脂體重(fat-free mass)增加,提高訓練的強度以及短時間的運動表現。

  雖然如此,也有一些研究報告並不支持口服肌酸有助於運動表現的論點(見表一)。因此,對於口服肌酸的明確效果,仍有待進一步大樣本的實驗研究,以釐清口服肌酸的影響層面。除此之外,Greenhaff等人(1994)以8名受試者經20g/day×5天的肌酸增補後,發現其中有5位受試者的體內肌酸濃度明顯提升(+19~35 mM/kg d.m.),但是其它3位受試者卻只增加8~9 mM/kg d.m.;因此,Greenhaff等人提出肌酸的服用可能有「反應者與不反應者」之差異。Greenhaff將參與此研究的所有受試者,作體內原有肌酸濃度的分析發現,反應者的平均肌酸濃度低於120 mM/kg d.m.,不反應者的平均肌酸濃度高於130 mM/kg d.m.。這似乎顯示,當原先體內肌酸濃度較低時(例如素食者),肌酸的增補可能會有較顯著的效果。因此,未來針對肌酸增補的研究,似乎有必要將反應者與不反應者加以分類,以釐清肌酸增補的確實果效。


表一 口服肌酸對運動表現的影響
作者服用劑量受試者運動測試內容結果
Mujika(1996)20g × 5天20人25, 50, 100m游泳成績表現沒有進步
Terrillion(1997)20g × 5天12人2×700m跑步(間隔休息2分鐘)成績表現沒有進步
Burke(1996)20g × 5天32人25, 50, 100m游泳成績表現沒有進步
Thompson(1996)2g/天× 6週10人100, 400m游泳成績表現沒有進步

※節錄自Demant., T.W., & Rhodes., E.C. (1999). Effects of creatine supplementation on exercise performance. Sports Medicine, 28 (1), 49-60.


肆、肌酸增補法

  肌酸的增補,一般並不會以磷酸肌酸的型式販售,而是以加上磷酸鹽成為含一分子水的肌酸(CrH2O, creatine monohydrate)型式販售。市面上所販售的肌酸型式,亦有粉末、錠劑、膠囊與液態狀等等之分。一般使用肌酸增補法(creatine loading)的原則為每天20~30 g,並連續服用5~7天(McArdle等人)。




圖二 A. 當連續補充肌酸6天後,停止肌酸之補充時,體內肌酸濃度之變化情形;B. 當連續補充肌酸6天之後,採用低劑量肌酸之補充方式時,體內肌酸濃度之變化情形


  Hultman等人(1996)的研究顯示了肌酸增補的維持效果。研究者將受試者分成兩組,一組為每天攝取20g(約為每公斤體重攝取0.3 g),共連續6天,然後停止補充;另一組除了與前一組相同連續攝取肌酸6天之外,在第7天則開始每天攝取2g(約為每公斤體重攝取0.03 g)連續28天。研究者在實驗開始後的第7、21與35天進行肌肉穿刺法以分析肌肉內肌酸的濃度。此研究結果發現,在連續6天攝取肌酸之後,肌肉內肌酸濃度增加大約20%;當停止補充肌酸時,體內肌酸含量便開始下滑,然而在持續低劑量補充時,體內肌酸濃度將可維持至少28天以上(見圖二)。因此,McArdle等人則認為肌酸增補的快速方法是,連續增補6天,每天4次,每次5克(共20克)的CrH2O,便足以讓體內肌酸含量達飽和狀態;隨後,倘若將服用劑量降低至每天2克,便能持續維持高濃度的肌酸濃度。而Williams(1998)的書中則提到,另一個肌酸增補法的緩慢方式,亦即每天攝取3克,持續1個月之後,便能讓體內肌酸含量達到飽和。


伍、影響肌酸增補的因素

  影響肌酸增補的因素除了第參節所述的反應者與不反應者(Greenhaff等人)之外,醣類的攝取與咖啡因的使用均會影響肌酸的增補效果。Green等人(1996)將受試者分成兩組,一組為肌酸組(每次5g,每天4次,連續5天),另一組為肌酸+醣類組,亦即除了每次5 g的肌酸,每天4次,連續5天之外,在每次攝取肌酸後的30分鐘,另外攝取93g的高GI醣類(每天4次)。研究結果發現,肌酸組在服用肌酸之後,顯著地增加肌肉PCr含量(+7.2%)、游離肌酸(+13.5%)與總肌酸量(+20.7%);而肌酸+醣類組則顯著地增加肌肉PCr含量(+14.7%)、游離肌酸(+18.1%)與總肌酸量(+33.0%)。因此,研究者認為醣類的使用,將有助於肌酸的儲存,而McArdle等人則認為這種現象與胰島素的分泌有關,亦即醣類的攝取,刺激了體內胰島素的分泌,因而使得肌肉內可獲得較多的醣類與肌酸。

  Nelson等人(2001)讓12位受試者在運動至衰竭後,實施肝醣超補法(攝食比率,CHO: fat: protein,80: 10: 10)3天之後,立即增補5天的肌酸(一天4次,每次5g),然後再進行運動至衰竭後的肝醣超補法3天,並利用肌肉穿刺法分析肌肉內的肝醣與肌酸之含量(穿刺時間為第1、4、11與14天),以研究肝醣超補法是否會受到肌酸增補影響。研究結果顯示在第一次肝醣超補法後,肌肝醣含量增加4%(164 mM/kg d.m.),而肌酸含量無變化;在肌酸增補之後,左腳肌酸含量上升41.1 mM/kg d.m.,右腳則上升36.6 mM/kg d.m.,而肌肝醣含量則無變化;然而,在第二次實施肝醣超補法之後,肌肝醣含量則增加了53%(241 mM/kg d.m.)。該研究者們因而認為肌酸的增補,將可以擴大隨後的肝醣超補效果,他們也指出這種現象可能與肌酸增補刺激了細胞容量的擴大有關。由上述文獻可知,肌酸與醣類的配合使用,將能擴大彼此的增補效果。

  在咖啡因對肌酸增補效果的影響方面,Vandenberghe等人(1996)將受試者分成三組,一組為安慰劑組,一組為肌酸組(每天攝取0.5 g/kg體重,連續6天),另一組為肌酸+咖啡因組(每天攝取0.5 g/kg體重的肌酸以及5 mg/kg體重的咖啡因,連續6天)。研究結果發現,肌酸組與肌酸+咖啡因組肌肉內的PCr含量分別增加了4%與6%,而安慰劑組則無顯著變化。因此,咖啡因的伴隨使用,似乎對於肌酸的增補有負面的影響,該研究者則建議在實施肌酸增補法時,運動員應該避免咖啡因的使用。


陸、結語

  肌酸增補的效果,主要作用於體內ATP-PCr系統,額外的肌酸補充,有助於提高體內游離肌酸與磷酸肌酸的儲存量,增進體內短時間高強度的能量來源,進而提升短時間的運動表現。影響肌酸增補的因素,則包括體內原先的肌酸含量(亦即所謂的反應者與不反應者)、是否伴隨醣類的補充以及咖啡因的使用與否等,這些因素將影響著同量肌酸增補後,體內保存量的多寡。

  雖然肌酸增補的效果似乎相當顯著,那麼,肌酸的額外增補是否會造成人體的副作用呢?截至目前為止,研究報告並不足以提供明確的答案,比如Willams的書中提到,肌酸的增補可能會因為體內含水量的增加影響電解質的平衡,而導致肌肉的痙攣;而McArdle等人則認為長時間(4年)肌酸的增補,對人體並無大礙。然而,較明確的是,肌酸的額外補充,會增加細胞的滲透性,因而使得細胞容量增加,導致體重的上升,而體重的上升,對某些運動項目來說,便可能是一負面的干擾,例如耐力性運動項目,體重的增加使得身體在訓練或比賽時,必須承受較大的身體負重,而增加氧消耗量,因此,在服用肌酸時,必須考量運動項目的特殊性以及肌酸增補所造成的體重增加問題。


參考文獻

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Williams, M. H. (1998). The Ergogenics Edge: Pushing the Limits of Sports Performance (pp.178-182). Champaign, IL: Human Kinetics.


回應 : 7 scwang時間 : 2002/11/24 下午 01:12:35 From : 61.57.208.44

轉貼你的問題到討論區中「自由車公路練習大腿一直酸到不酸了?


回應 : 8 小光時間 : 2004/1/5 下午 10:33:36 From : 140.126.40.100

回覆第六篇ㄉ^^"
那ㄍ叫做"乳酸"
是因為長時間運動加上肌肉缺氧所導致ㄉ~~排除ㄉ方法就是練習完要緩和~採非常輕的尺數比~以高迴轉的方式大約30分中就可以ㄌ~~醬子~隔天若要在作強度的練習就不會一下子就掛ㄌ^_^


回應 : 9 阿珠珠時間 : 2004/11/1 下午 02:37:39 From : 163.16.61.97

我也是一個運動員,我是練柔道的,有喝過肌酸和高蛋白,進步我是不太清楚,但是!喝這些東西可以幫助自己能快速回覆原本ㄉ酸痛和體力,算還蠻不錯的!!我是推薦可以偶爾喝~但不要長喝~不然會變依賴性~!!



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