日常的能量消耗包括:(1)基礎 / 休息代謝率(Basal / Resting Metabolic Rate,BMR / RMR)、(2)食物熱量消耗,及(3)體力活動能量消耗(Bushman,2011)。
基礎 / 休息代謝率
基礎代謝率(BMR,Basal Metabolic Rate)指在清醒而安靜的狀態下,要維持最基本的生理活動,如呼吸、血液循環等所需的能量代謝水平,約佔日常能量消耗的 60 至 75%。在測量基礎代謝率時,亦有非常嚴格的規定,如測量必須在充足睡眠後,剛醒來時進行,測量之前的 12 小時內不可進食,測量時還要維持適中的室溫等。
另一個與基礎代謝率相近的定義就是休息代謝率(RMR,Resting Metabolic Rate),不過其測量的規定則較為寬鬆,只需要在經過 30 至 60 分鐘休息後便可進行測量,測量前亦只需 4 小時內沒有進食等。由於休息代謝率的量度較為便利,所以其應用程度也較廣。
基礎代謝率或休息代謝率的高低與性別和年齡有關,女性略低於男性;20 歲以後,基礎代謝率或休息代謝率會隨著年齡的增長而逐漸下降。
食物熱量消耗
指食物在消化和吸收過程中的能量消耗,通常在進食後 4 小時進行,約佔人體日常能量消耗的 10 至 15%。
體力活動能量消耗
指進行體力活動時的能量消耗,是個別差異最大的一個成分,約佔一般人日常能量消耗的 15 至 30%,但每天訓練 5 至 6 小時的運動員卻可達至 80%。
體力活動的能量代謝水平可以用代謝當量(Metabolic EquivalenT,MET)來表示。1 MET 是指一個健康成年人安静坐著時的能量代謝水平,相當於每分鐘每千克體重 3.5 毫升(3.5 毫升/千克/分鐘)的攝氧量,亦相當於每小時每千克體重 1 千卡(1 千卡/千克/小時)或每小時每千克體重 4.184 千焦耳(4.184 千焦耳/千克/小時)的能量消耗。
Fox, Bowers 與 Foss(1993)指出 MET 可以用作介定運動的強度,例如從 < 3 METs(溫和) 至 < 8 METs(理想)至 > 12(精疲力竭)。各種日常活動及運動的能量代謝水平可參考 Ainsworth 等(2011)的不同種類體力活動能量消耗(2011 年版)(2011 Compendium Tracking Guide)。
安靜及休息時的能量來源
人體處於安靜或休息的狀態時,氧氣供應充足,所以能量主要是由有氧系統提供,大約有三分之二的能量是來自脂肪的代謝,另外的三分之一則是來自碳水化合物,而蛋白質的貢獻只是微乎其微。
時間短、強度大項目
任何只可以維持 2 至 3 分鐘的運動項目,如 100 米、200 米、400 米及 800 米跑等,均可被視為時間短而強度大的項目。由於人體的攝氧能力始終是有上限,就以 100 米跑來說,往往便需求到每分鐘近 8 升的氧氣,單靠有氧系統根本是無法供應足夠能量作這類活動之用。再者,就算人體的攝氧能力可以達到如此的需求,機體仍需要 2 至 3 分鐘的時間,以作出各種有關的生物化學及生理上的調整。因為這類時間短而強度大的項目經常要求到機體在氧氣短缺(oxygen deficit)的情況下提供能量作肌肉活動之用,所以無氧系統(包括 ATP-PC 系統及乳酸系統)是這類項目的主要供能系統。
對於時間極短而強度非常大的項目而言,ATP-PC 系統是主要的無氧供能系統。雖然 PC 會於很短時間之內下降至非常低的水平,並一直維持於該水平至運動結束為止,不過在運動結束後的數分鐘內,PC 便可以完全恢復。
當運動持續下去,乳酸系統逐漸取代 ATP-PC 系統而成為主要的無氧供能系統後,無氧醣酵解的活動迅速活躍起來,隨之而來的也就是同樣急劇的乳酸積聚,這情況特別以 2 至 10 分鐘內完成的項目為顯著,乳酸的濃度甚至曾記錄得高出正常情況下的 20 倍之多(Robonsin,1974)。因此,乳酸濃度也是乳酸系統活躍程度的最佳指標。在 PC 接近衰竭及乳酸濃度不斷提高的情況下,活動亦只得停止下來或改以較低的強度繼續進行。
時間長、強度小項目
任何可以維持 10 分鐘或以上的運動項目,都可以被歸納於這個類別之中。有氧系統是這類活動的主要供能系統,碳水化合物和脂肪都是主要的供能燃料。20 分鐘以內的運動項目主要以碳水化合物作為燃料,當運動持續下去(如 1 小時或以上),碳水化合物(醣元)的儲備明顯下降時,脂肪便會逐漸取而代之成為有氧系統的主要燃料。對於這類時間長而強度較小的項目來說,ATP-PC 系統及乳酸系統只在運動開始的階段,即機體的攝氧量進入穩定狀態(steady state)之前(通常需要 2 至 3 分鐘),或運動中途及尾段,運動員要作加速或最後衝刺時,才會起著積極的作用。因此,雖然血液內的乳酸濃度亦可以相當之高,但通常不及乳酸系統主導時般嚴重。
時間再長的項目如馬拉松長跑,運動員於比賽完結時血液內乳酸的濃度往往只是安靜時的 2 至 3 倍(Costill 與 Fox,1969)。對於這類運動員來說,導致疲累的原因包括:(1)肝醣耗盡以致血糖濃度下降,(2)肌醣耗盡而出現局部的肌肉疲勞,(3)水分和電解質流失導致體溫上升,及(4)心理上感到沉悶等(Costill,1974)。
時間更長的項目如步行、哥爾夫球或日常的勞作等,因為單憑 ATP-PC 系統已足夠應付機體進入穩定狀態前額外的能量需求,所以血液內乳酸的水平一般與安靜時無異,而且疲勞的情況亦得以壓後或甚至不會出現。
其他項目
除了是「時間短、強度太」和「時間長、強度小」的項目外,還有一些運動項目是介乎於兩者之間的,這類項目的特點,就是需要到有氧系統及無氧系統的同時或交替運作。就以 1500 米及 3000 米為例,在活動的加速及衝刺階段,無氧系統是主要的供能系統。另一方面,在活動的中段或穩定狀態階段,能量則主要由有氧系統供給。其實,不單止是徑賽項目如此,其他的運動項目如游泳、自行車,甚至是球類活動等,都有類似的情況出現。
體力活動綱要網站(Compendium of Physical Activities) |
Bushman, B. (2011). ACSM's Complete Guide to Fitness & Health. Champaign, IL: Human Kinetics.
Costill, D. L. (1974). Muscular exhaustion during distance running. Phys Sportsmed., 2(10), 36-41.
Costill, D. L., and Fox, E. L. (1969). Energetics of marathon running. Med Sci Sports, 1, 81-86.
Fox, L. E., Bowers, R. W., & Foss, M.L. (1993). The Physiological Basis for Exercise and Sport, (5th Ed.). Dubuque, IA: Wm. C. Brown Communications.
Robinson, S. (1974). Physiology of muscular exercises. In V. B. Mountcastle (ed.), Medical Physiology (13th ed.), Volume 2. St. Louis: Mosby, p. 1279.
教育局(2009):體育(香港中學文憑)教材套-人體。
最後更新日期:2016/08/02