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2015年12月31日 星期四

[譯文] 乳酸:長久以來被低估的能量來源

這篇文章是從我們一位客戶的 facebook 分享動態所發現的。雖然不是新聞,但卻是把我們的訓練系統,背後生理機制講得很完整、清楚的一篇。因此我們決定投入時間,將全文完整翻譯以饗讀者,末尾並加上我們的註解與導讀。

出處:http://www.medgadget.com/2006/04/lactic_acid_an.html
譯者:魏名成
編註:廖歆迪


共軛焦顯微鏡底下的螢光染色影像,顯示老鼠肌肉細胞的乳酸脫氫酶(紅色),以及粒線體細胞色素氧化酶 (綠色) 正在作用。兩者的活性同時被提升 (黃色),顯示肌肉細胞中正在進行乳酸的氧化分解。圖片來源:UC Berkley 新聞網,2006。






你以前是否總是將乳酸視為是有害的呢?要不要再重新考慮看看。最近有一群來自加州大學柏克萊分校的研究者指出,透過運動訓練,可以教導身體在壓力情境下有效地使用乳酸作為能量來源。

今年一月
 
(譯註:此篇文稿其實是2006的舊聞) 在美國生理學線上期刊的一篇文章裡面,來自加大柏克萊分校運動生理學實驗室的 Brooks、Takeshi Hashimoto 與 Rajaa Hussien 為乳酸的故事補上了一塊重要拼圖;不但讓畫面的全貌更趨完整,且也首次將兩個代謝循環做連結:「需要氧氣參與的有氧代謝」與「不用氧氣的無氧代謝」。這兩者在過去都被視為是完全分離、互不相關的。

「這對人們如何看待代謝,產生了最根本的改變」,Brooks 說。「這告訴了我們乳酸如何是有氧系統、與無氧醣酵解系統之間的連結。」

Brooks 與他的同仁們發現,肌肉細胞無氧性的使用碳水化合物作為能量,產生了乳酸鹽這個副產物,隨後再混著氧氣燃燒乳酸鹽來產生更多的能量。上面第一個步驟稱為醣酵解路徑 (主要在正常費力程度時佔能量支出的主導地位),然後接著乳酸被掃出肌肉細胞外、進入血液中,輸送到身體各處供使用。然而,在激烈的運動時,上述第二個步驟比例逐漸提升,透過有氧路徑直接移除快速累積的乳酸鹽,來產生更多的能量。

Brooks 表示,透過訓練,可以幫助在乳酸堆積到導致肌肉的疲勞點之前就排除。而在細胞層級,這個訓練效果指的就是在肌肉細胞內增生粒線體。粒線體經常被稱為細胞的發電廠,也就是乳酸被作為能源燃燒掉的地方。

以往 Brooks 總是懷疑,肌肉細胞本身就可以再次利用乳酸鹽。而在過去這十年內的實驗中,他逐漸發現乳酸鹽能夠在粒線體中被燃燒的證據:像某種下水道系統一樣的乳酸運送管道,如網絡般遍布在細胞質當中。

舉例來說,在1999年,Brooks 的實驗就顯示,透過耐力訓練可以降低血乳酸的濃度,即便是細胞內的乳酸量並沒有改變。這意味著訓練後的細胞透過了不知道什麼方法,產生了適應而能夠排出比較少的廢物。這讓 Brooks 假設可能存在有一個「細胞內的乳酸穿梭」機制,把乳酸從細胞質 (乳酸被製造出來的地方) 運輸穿過粒線體細胞膜,進入粒線體內部 (乳酸被燃燒的地方)。而在2000年,他進一步證實了耐力訓練能增加粒線體中乳酸轉運蛋白的分子數量 -- 這顯然是為了加快乳酸從細胞質被攝取進入粒線體燃燒的速度。

這篇新的論文、以及隨後出現的另一篇,最後終於為 Brooks 所假設的連結提供了直接證據。事實上,細胞的粒線體網絡 (或稱 reticulum) 有著一連串複雜的蛋白酶,可以運輸、攝取和氧化 (也就是燒掉) 乳酸。

Brooks 說:「這個實驗是一切的關鍵。它證實了乳酸鹽是醣酵解作用,也就是分解碳水化合物的步驟,與氧化代謝,也就是透過使用氧氣來分解好幾種不同燃料的步驟,中間的連結。」


博士後研究員 Takeshi Hashimoto 與研究助理 Rajaa Hussien 是使用螢光共定位分析技術,標記、呈現了乳酸鹽路徑的三個重要組成元件:乳酸轉運蛋白,乳酸脫氫酶(催化乳酸鹽轉換成能量的第一步驟)與粒線體細胞色素氧化酶(使用氧氣的蛋白質複合物),確立了上述理論。透過共軛焦顯微鏡來窺視肌肉細胞,Takeshi Hashimoto 與 Rajaa Hussien 看見在粒腺體內這些蛋白質排列在一起,連接著粒線體的細胞膜,證實了所謂「細胞內的乳酸穿梭機制」是直接與在粒腺體內的氧化酶相連。

更多相關內容,請前往 UC Berkley 官方新聞網。




好瞜... 文章看完了。各位有什麼想法?

還記得我們在半個月前 (感覺過好久了啊~) 第一次在 facebook 粉絲頁分享原文連結的時候,我們說「光知道這個機轉的存在,還不夠。接下來的關鍵是:你要怎麼練?」

看見乳酸可以當作燃料用,很多人可能會說,太好了!這證實乳酸不是壞東西,所以我們根本不需要顧慮在訓練時會有血乳酸產生,大家都來練高強度耐乳酸訓練!



這時候拳四郎就出來講話啦。

有沒有看清楚新聞稿中原本寫的是什麼?「透過耐力訓練可以降低血乳酸的濃度,即便是細胞內的乳酸量並沒有改變。這意味著訓練後的細胞透過了不知道什麼方法,產生了適應而能夠排出比較少的廢物。」

看清楚,訓練的適應結果,是「高的運動強度,但卻有低的血乳酸值。」而細胞能夠在相同運動強度之下排出較少的乳酸到血液中,代表的是無氧醣酵解能量系統效率變高。

以往,生理學家們以為醣類的氧化路徑,是經由無氧醣酵解產生丙酮酸,然後再依據氧氣的充足程度決定是否產生乳酸 (堆積起來,等候被運輸到人體其他部位排除),或者直接把丙酮酸送入粒腺體,跟氧氣起作用燒掉。Brooks 等學者所發現的是,其實在強度稍高的情況下,肌肉仍會產生乳酸,但耐力較好的人,可以直接在肌肉內部就把乳酸也送進去粒線體,跟氧氣起作用燒掉。

有沒有發現魔鬼藏在哪邊?第一個細節就是「耐力較好的人」,第二個則是「跟氧氣起作用燒掉」。

無氧耐力,並不是忍受無氧能量機制所產生那些副作用的能力,而是在高強度運動負荷、高度倚賴無氧醣酵解能量系統的時候,人體還可以不那麼缺氧的能力。如果各位有去點文章末尾的連結,進到 UC Berkley 官方新聞網,甚至是真的去挖出原始的研究論文來看,實驗的小老鼠並不是做什麼 HIIT、Tabata 或者耐乳酸 (快速耐力) 訓練,而是每天在跑步機紮紮實實跑上兩個鐘頭、重複十週。先不要講老鼠了,人類要是想全力在兩個鐘頭內跑出最遠距離,他會使用的強度區間最後大概都會略低於無氧閾值,坐落在混合區。

(延伸閱讀:有氧與無氧閾值的定義)

所以,人類骨骼肌要能夠在乳酸產生的當下就立即排除,需要有幾個前提:1. 多的粒線體數量;2. 強大的粒線體功能;3. 活性高的無氧醣酵解相關酵素;4. 高的肌肉週邊微血管密度 (因為這樣氧氣才不容易缺乏,否則粒腺體還是當機不能運作)。而這些全都不是做高強度訓練 (血乳酸濃度 > 6mmol/L) 或耐乳酸訓練 (短距離 > 95% 比賽速度,中長距離 105~120% 比賽速度) 所能夠有效達成的,必輸借助基礎耐力的提升。

問題來了,我們不是為了提升肌肉內的乳酸排除機轉,就必須以無氧閾值強度每天練上兩個小時?(這個練下去真的會跑死人,而且小老鼠搞不好練的強度沒那麼高)... 而如果答案是不用的話,那到底要練多強、練多久才算夠?一個小時?三十分鐘?二十分鐘?

還是說,我們可以透過巧妙的訓練設計,分開訓練每個區塊,最後再利用運動能力交互關係的原理把專項體能組合出來?

是的話,你要怎麼組合?


Strength. Speed. Endurance. To do or not to do?


江湖一點訣,說破不值錢。這時候你就需要 Interaction Fitness 的協助,因為掌握運動能力交互關係 (INTERACTION) 的實務能力,就是我們的強項。





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