跳到主要內容
返回

你的肌肉從來不只用一套引擎

你的肌肉從來不只用一套引擎

跑100公尺是「無氧」,跑馬拉松是「有氧」—這個說法你一定聽過。它方便,直覺,也幾乎完全錯了。

真實的肌肉裡,三個能量系統從來不是輪流上場的。它們全部同時運作,只是比例隨強度移動。


ATP 是什麼

肌肉收縮需要能量,但肌肉無法直接燒食物。食物必須先轉換成 ATP(三磷酸腺苷)——可以把它想成身體裡的通用能量貨幣,肌肉只認這個格式。

問題是肌肉裡的 ATP 儲量極少,全力運動幾秒就能耗光。三個能量系統的任務,就是持續把用掉的 ATP 補回來——補得越快、補得越多,你能維持的強度越高、時間越長。


三個系統,各司其職

三個能量系統相對貢獻示意圖 磷酸肌酸系統:0 到 10 秒

速度最快的系統。肌肉除了 ATP,還儲存著磷酸肌酸(PCr)——可以把它想成備用電池,ATP 一用完,PCr 立刻插上補電,幾乎沒有延遲,也不需要氧氣。

代價是儲量很有限。高強度啟動後 10 秒內就消耗過半,幾分鐘後幾乎耗盡。100 公尺衝刺主要靠這個系統,但強度持續下去就撐不住了。

乳酸系統:10 秒到大約 2 分鐘

PCr 儲量下降後,身體改用糖解作用接手——把葡萄糖分解成乳酸,速率大約是有氧系統的 100 倍,能在強度驟升時快速填補能量缺口。

代價是效率低:每個葡萄糖分子只產 2 個 ATP,有氧途徑可以產 32 個。速度快,但消耗大。400 到 800 公尺的比賽,乳酸系統是能量主力。

有氧系統:從一開始就在,75 秒後成為主角

速率最慢,但容量近乎無限。葡萄糖和脂肪在粒線體裡充分氧化——一個葡萄糖可以產出約 32 個 ATP,脂肪更多,而且只要有氧氣和燃料就能持續。馬拉松配速時,你幾乎全靠這套系統撐著。

弱點是啟動慢。高強度需求瞬間暴增時,有氧系統跟不上,才需要前兩個系統先頂著。限制它的不是燃料,是氧氣的輸送速率。


三個系統同時運作

這三個系統從來沒有誰「關掉」。

研究量測了不同強度運動時,三個系統各自的能量貢獻比例:

持續時間磷酸肌酸乳酸系統有氧系統
10 秒(全力衝刺)53%44%3%
30 秒23%49%28%
75 秒以上持續遞減觸頂後遞減超過 50%,持續上升

全力衝刺 10 秒,有氧系統還在貢獻 3%,一點都沒有閒著。再跑到 30 秒,有氧系統的比例已經跳到 28%。

這意味著從來沒有「純無氧跑步」,只有「無氧比例更高的跑步」。反過來,馬拉松配速時磷酸肌酸系統也沒有完全關掉,每一步起腳的瞬間都有它的參與。

強度改變的是比例,不是系統的開關。


快縮肌和慢縮肌

在談乳酸之前,有一件事要先建立概念:肌肉裡的肌肉纖維不是同一種。因為乳酸在兩種纖維之間流通。

慢縮肌纖維(Type I):有氧能力強,充滿粒線體,耐久,適合長時間穩定輸出。長距離跑者的主力。

快縮肌纖維(Type II):產力快、爆發力強,但氧化能力弱,相對容易疲勞。短跑、跳躍等爆發動作依賴這類纖維。

這個差異直接影響乳酸系統的運作方式。


乳酸是燃料

很多人以為跑步會累是因為乳酸堆積。這個認知需要修正。

乳酸系統在快縮肌纖維裡持續產生乳酸——不只是高強度時,就連輕鬆慢跑,快縮肌也在做糖解、產乳酸。差別在於,這些乳酸會透過血液流向旁邊的慢縮肌纖維,在那裡被吸收進粒線體氧化燃燒,當成有氧系統的燃料。低強度時乳酸產生的速度和被利用的速度差不多,血液裡的乳酸濃度就不會累積。

心臟也會優先攝取乳酸作為燃料。高強度運動時,乳酸可以佔心肌能量來源的 60%。

乳酸不是廢棄物,是流通中的燃料。血乳酸升高,是身體在高效運轉、快縮肌產能速度超過慢縮肌消化速度的訊號。讓你跑到後段腿發軟的機制,是另一回事,跟乳酸本身的關係沒有傳統上說的那麼直接。

(這個主題有完整的研究梳理,在〈乳酸不是你的敵人〉。)


疲勞的設計

肌肉 ATP 在全力衰竭時,不會真的歸零。

靜止時 ATP 濃度約 8 mmol/kg,跑到完全跑不動,最低大概是 5 mmol/kg。能量需求暴增 1000 倍,ATP 卻只下降了幾個單位。這個現象不是意外,是身體的保護機制。ATP 如果真的耗盡,肌肉裡的肌動蛋白和肌凝蛋白會鎖死,無法放鬆,肌肉進入僵直狀態。

跑到腿軟,是身體在 ATP 危機發生前主動踩的煞車。它讓你停下來,而不是讓你壞掉。

從這個角度看,疲勞是很精準的保護設計,不是失敗的訊號。


訓練,主要在升級有氧引擎

三個系統裡,訓練效果最顯著的是有氧系統。

粒線體的數量、效率、跟每個粒線體內部的電子傳遞鏈容量,都會隨著耐力訓練改變。六個月的耐力訓練,粒線體產 ATP 的最大速率(ATPmax)可以提升 32%,腿部功率輸出跟著提升 17%。這個改善大致均分在三個方向:粒線體數量增加、每個粒線體的效率提升、電子傳遞鏈的容量增強。

靜止到全力運動,有氧系統的 ATP 產出可以跨越 50 倍的範圍。這個幅度越大,你在各種強度下的能量供應就越充裕。

有氧基礎升級之後,不只有氧跑步變快,高強度跑的能力也跟著進步——因為乳酸系統的壓力變小,磷酸肌酸的恢復速率也加快。三個系統不是獨立的,有氧底層蓋得紮實,其他兩個系統的表現都更好。


理解之後,訓練邏輯自然成立

Zone 2為什麼是耐力基礎?

Zone 2 指的是有氧系統高度參與、但乳酸累積速度還沒有超過消耗速度的強度區間。大概是你能連續說完整句子、但開始覺得有點喘的配速。在這個強度下,慢縮肌纖維持續工作,粒線體受到長時間穩定的刺激,數量和效率都會慢慢提升。

很多跑者覺得 Zone 2 跑起來「太輕鬆,沒感覺」,把強度往上推。但乳酸系統一旦壓過去,刺激的方向就不一樣了。Zone 2 的目標是升級粒線體工廠,這個適應需要時間累積,不是靠當下的痛苦感。

間歇訓練的休息長短,決定你在練哪個系統

磷酸肌酸的完全恢復需要 5 到 15 分鐘。短衝刺間歇(6 到 10 秒全力)如果搭配足夠長的休息,每一趟都能讓磷酸肌酸系統在儲量充足的狀態下啟動,訓練目標是這個系統的爆發功率。

但如果間歇的設計是要刺激乳酸系統,縮短休息反而是刻意的——讓血乳酸維持在高位、強迫乳酸系統在代謝壓力下持續工作,這才是 400 到 800 公尺配速間歇的邏輯。

休息長短不是「越長越好」,而是訓練目標的一部分:你想強化哪個系統,就設計讓那個系統承受最大壓力的組合。

為什麼只練配速容易撞牆?

有氧引擎的上限沒有提升,能跑多快很快就遇到天花板。你可以靠意志力撐過去,但代價是乳酸系統每次訓練都在過載、恢復速度慢、長期累積的疲勞比適應來得快。有氧基礎薄弱,速度訓練的效果只能在很窄的範圍裡發揮。

這也是為什麼很多認真跑了幾年的跑者,反而在加入大量慢跑之後開始進步——不是慢跑讓他們變快,是有氧引擎的升級讓訓練效益提升了。


能量供應不是三條線,而是一團由三種燃料共同維持的火焰。


參考文獻

  1. Spriet, L. L. (2012). Interaction among skeletal muscle metabolic energy systems during intense exercise. Journal of Nutrition and Metabolism, 2012, 905612. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3005844/

  2. Adeva-Andany, M. M., et al. (2014). Biochemistry, anaerobic glycolysis. StatPearls. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK546695/

  3. Layec, G., et al. (2016). Mitochondria to motion: optimizing oxidative phosphorylation to improve exercise performance. Journal of Physiology, 594(18), 5231–5241. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6514472/

  4. Harms, M., & Johansson, A. (2022). A century of exercise physiology: key concepts on coupling respiratory oxygen flow to muscle energy demand during exercise. European Journal of Applied Physiology. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9132876/


分享這篇文章:

上一篇
訓練讓你變強的底層機制
下一篇
乳酸不是你的敵人