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肌酸与运动表现

2013-11-12 14:32| 发布者: admin| 查看: 2162| 评论: 0

简介

肌酸与运动表现壹、前言　　自从1992年巴塞隆纳奥运会上，夺得100公尺短跑金牌的英国名将Linford Christie，以及110高栏的Colin Jackson提出肌酸增补对他们的运动成绩确实有帮助之后，旋即造成肌酸增补的世界风潮。而 ...

肌酸与运动表现

壹、前言

　　自从1992年巴塞隆纳奥运会上，夺得100公尺短跑金牌的英国名将Linford Christie，以及110高栏的Colin Jackson提出肌酸增补对他们的运动成绩确实有帮助之后，旋即造成肌酸增补的世界风潮。而目前肌酸的使用，并未被国际奥林匹克委员会(IOC, International Olympic Committee)列为禁药之列，也因此激起了教练与运科人员对于肌酸增补的注意力。

　　为了了解肌酸增补的确实效果，本文即针对肌酸在体内代谢系统中所扮演的角色、肌酸增补对运动表现的影响、肌酸增补法及其影响因素等层面加以阐述，以期对肌酸增补的利弊做一全盘性的认识，并提供未来研究者与教练在实施肌酸增补法时，能有适当的生理学上与营养学上的背景知识。

贰、肌酸与能量系统

　　肌酸是一种天然的化合物，由精胺酸(arginine)、苷胺酸(glycine)与甲硫胺酸(methionine)在肝脏、肾脏与胰脏内所合成，再藉由血液的循环运送至骨骼肌，以肌酸或者磷酸肌酸(PCr, phosphocreatine)的型式储存，提供身体所需。鱼、肉、蛋及其它动物性制品中皆含有肌酸，而蔬菜中亦有极少的含量。每人每日所消耗的肌酸量，约为体内总肌酸量的1.6%，因此，一个70公斤的正常人每日需消耗2克的肌酸，藉由均衡的饮食即可获得足够的补充(张苹苹，民88)。运动员在高强度的激烈运动下，则需要藉由体内肌酸的不断合成产生能量以维持所需，而体内肌酸合成量有限，一般的饮食可能仍无法满足所需，因此，可透过肌酸的增补提供身体所需，维持运动表现。

　　体内肌酸浓度最高的部位在骨骼肌，约占体内总肌酸的95%，其中包含了40%的游离肌酸(free creatine)与60%的磷酸肌酸。另外，在心脏、精子、视网膜与脑中也含有少部分(5%)。体内骨骼肌的肌酸含量约为90~160 mM/kg d.m.，平均值为125 mM/kg d.m.(McArdle等人，2001)。肌酸与PCr的浓度也和骨骼肌的醣解能力有关，快缩肌纤维(Type Iia与Type Iib)内的PCr浓度较慢缩肌纤维(Type I)高(张苹苹)。快缩肌纤维内的PCr储存量是ATP的4~6倍(McArdle等人)。

　　在运动过程中，ATP是能量的基本来源，运动强度越强，消耗越大。在最大运动时，肌肉中ATP的总量只足够应付肌肉持续2~3秒的运动，因此，需藉由ATP不断的再合成以维持所需能量。虽然ATP再合成的主要来源，源自于脂肪与肝醣的分解，然而，此时的ATP再合成作用需要较长的时间，因此，在高强度短时间的运动时，比如5~8秒的冲刺跑，由脂肪与肝醣转换成ATP的速度，将不足以应付此时的能量需求。在高强度短时间的运动中，例如100公尺冲刺跑、25公尺游泳或举重，其能量的补充来自于肌肉内的高能磷酸键(high-energy phosphates)或磷酸根(phosphagens)、ATP以及磷酸肌酸。

　　图一中显示了ATP与PCr使用磷酸键能量的情形。ATP与PCr具有相同的特质；(1)它们均透过磷酸键的断裂而释放出能量，PCr是透过肌酸(creatine)与磷酸(phosphate)分子之间键结的断裂；(2)ATP与PCr释放能量的反应，均具有可逆性，亦即磷酸与肌酸也可以再键结而形成PCr；而ADP与Pi的键结，可再合成ATP。因为PCr在水解时产生的能量较高于ATP的水解能量(McArdle等人)，而这些能量将可提供作ADP转换成ATP的磷酸化反应(phosphorylation)。PCr的水解反应，必须藉由肌酸激酶(CK, creatine kinase)的催化，肌酸激酶有4~6%位在粒线体外膜(outer mitochondrial membrane)内，3~5%位于肌节(sarcomere)中，而有90%位于细胞液(cytosol)内(McArdle等人)。

　　当肌肉活动时，会造成肌肉内ADP的瞬间增加，这会使得肌酸激酶开始驱动PCr的水解作用，进而产生ATP；此时的反应，并不需要氧气的介入，而它可提供的最大能量范围，大约是在10秒内的激烈身体活动。因此，PCr提供了一个高能磷酸键的储藏室。由于肌酸激酶具有较高的活性，因此，ADP磷酸化反应的速度会高于肌肉肝醣所进行的无氧能量转换(糖解作用，glycolysis)。如果最大努力运动所持续的时间超过10秒时，ATP继续再合成的反应，便需透过大分子营养物(比如葡萄糖、脂肪等)的分解以获得能量的供给。

图一 ATP与PCr使用磷酸键能量的情形

　　综合上述可知，PCr在体内的储存量是有一定限量的，因此，倘若能够尽可能地增加骨骼肌内的PCr储存量时，将可能有下列功能(McArdle等人)：(1)在短时间高强度运动中，促进ATP的快速转换以维持身体作功能力；(2)延迟PCr的耗尽；(3)降低醣解作用的仰赖性，进而减少乳酸(lactate)的生成；(4)在反复性短时间高强度运动中，透过ATP与PCr迅速地再合成，而促进肌肉的放松与恢复；快速的恢复将有助于连续的高强度训练。

参、肌酸与运动表现

　　Harris(1992)以17名受试者，采随机分派双盲实验设计，研究不同的服用次数(4*5g/d vs. 6*5g/d)与运动训练(1h/d单脚踏车运动)，对肌酸补充(CrH2O, creatine monohydrate)效果的影响。研究结果显示，每天4或6次的肌酸补充，皆可显著提升肌酸含量；每天6次组，其储存量增加率较快(+32%)；运动训练组其肌酸总储量较无运动组为高。

　　Balsom(1993a)以16名男性，随机分派为安慰剂组与肌酸组，采双盲实验设计，连续6日分别服用6克的胶囊，进行十次各6杪的高强度脚踏车运动(140 rev/min)以导致衰竭，研究肌酸补充对动态高强度间歇运动的影响。研究结果显示，肌酸组其肌肉肌酸含量显著增加，而有效延迟反复性高强度运动时疲劳的发生；研究者认为这可能是因为运动初期较高的PCr浓度，与增加恢复期PCr再合成的速率所致，而较低的乳酸与亚黄碱(hypoxanthine)的堆积也可能是原因之一。

　　Greenhaff (1993)以12名受试者，采双盲实验设计，随机分派为肌酸组(5 g Cr + l g葡萄糖)与安慰剂组(6 g葡萄糖)，每天4次连续服用5天，随后进行5回合，每回合30次的最大自主等速收缩(180 0/s)测试，研究口服肌酸，对反复性最大自主收缩肌力的影响。研究结果显示，肌酸组其肌肉肌酸含量较高，且于测试过程中，最大肌力显著提高、肌力递减率较小。由于肌酸组在运动时的血清中堆积较少的氨(ammonia)，研究者认为可能是由于PCr增加，使ATP再合成更有效率，而延迟或减缓疲劳的发生。

　　Harris (1993)以10名男性大学中距离跑运动员，随机分派为肌酸组与控制组，连续6日每天摄取6次各10 g，成分分别为5 g CrH2O + 5 g葡萄糖(肌酸组)与10g葡萄糖(控制组)，研究6日口服肌酸补充对最大跑步运动的影响。受试者以其最佳运动成绩90~95%的跑速，于不同天各进行4次300公尺跑与4次1000公尺跑测试；每次300公尺跑皆间隔4分钟的休息期，每次1000公尺跑皆间隔3分钟的休息期。研究结果显示，肌酸组于6日增补之后，最后一次300公尺跑步时间的减少程度明显高于安慰剂组(-0.7s vs. -0.3s)；最佳1000公尺跑成绩，肌酸组也显著较安慰剂组为快(-5.5s vs. -1.6s)。

　　Balsom等人(1993b)，以每天20克，持续6天的肌酸增补后，于脚踏车测功器上实施(1)5次6秒钟反复冲刺测验，每次测验间休息30秒；(2)10秒钟冲刺测验；在测验之后，立即以活体肌肉穿刺法(muscle biopsy)采样，结果发现增补后体内肌酸浓度明显增加(129~152 mM/kg dry wt)，反复冲刺后肌肉中乳酸浓度较低(26 vs. 44 mM/kg dry wt)，10秒冲刺后工作输出量增加。Casey等人(1996)，于每日20克，持续5天的肌酸增补后，实施2次30秒的踏车测验，发现总工作量提高4%，且减少ATP的下降达31%。Earnest等人(1995)，以每日服用20克，持续28天的肌酸后进行(1)3次30秒的Wingate测验，中间休息5分钟；(2)仰卧推举1RM测试；(3)仰卧推举70%1RM的反复次数测验；结果显示发现三项测验表现皆因肌酸的增补而显著提高。

　　Izquierdo等人(2002)让受试者(双盲设计，肌酸组9人，安慰剂组10人)在增补肌酸(20 g/天×5天)之后，检验肌酸增补对肌肉爆发力、肌耐力与冲刺表现的影响；研究结果发现肌酸的增补，显著地增加了受试者的体重(79.4到80.0公斤)、仰卧推举至疲劳的次数(+21%)与平均输出功率(+17%)、蹲举至疲劳的次数(+33%)与平均输出功率(+20%)、蹲举1RM的肌力(+11%)以及5公尺冲刺跑的平均时间(-3%)；但肌酸的增补对于仰卧推举1RM的肌力并无显著促进，且对于6次重复15公尺冲刺的耐力表现亦无增进效果。

　　McArdle等人(2001)的书中更进一步地整理了补充肌酸之后，对于体内与运动表现的影响机制。肌酸的增补有助于肌肉内肌酸与PCr储存量的提升，因而一方面提高了运动前体内PCr的含量，另一方面则由于肌纤维内肌酸含量的增加，提高了细胞的渗透性而让细胞容量扩大。运动前体内PCr含量的提高，将有助于降低身体对于醣解作用功能的依赖，减少乳酸的生成，延缓pH值的下降，进而延迟疲劳的发生；再者，肌肉内肌酸与PCr含量的增加，有助于PCr再合成速率的提升，因此，对于反复性高强度短时间运动训练将有所帮助；除此之外，细胞容量的扩大，是由于细胞水合状态(hydration status)的增加，蛋白质合成也因此而随之增加，进而使得去脂体重(fat-free mass)增加，提高训练的强度以及短时间的运动表现。

　　虽然如此，也有一些研究报告并不支持口服肌酸有助于运动表现的论点(见表一)。因此，对于口服肌酸的明确效果，仍有待进一步大样本的实验研究，以厘清口服肌酸的影响层面。除此之外，Greenhaff等人(1994)以8名受试者经20g/day×5天的肌酸增补后，发现其中有5位受试者的体内肌酸浓度明显提升(＋19~35 mM/kg d.m.)，但是其它3位受试者却只增加8~9 mM/kg d.m.；因此，Greenhaff等人提出肌酸的服用可能有「反应者与不反应者」之差异。Greenhaff将参与此研究的所有受试者，作体内原有肌酸浓度的分析发现，反应者的平均肌酸浓度低于120 mM/kg d.m.，不反应者的平均肌酸浓度高于130 mM/kg d.m.。这似乎显示，当原先体内肌酸浓度较低时(例如素食者)，肌酸的增补可能会有较显著的效果。因此，未来针对肌酸增补的研究，似乎有必要将反应者与不反应者加以分类，以厘清肌酸增补的确实果效。

表一口服肌酸对运动表现的影响

作者	服用剂量	受试者	运动测试内容	结果
Mujika(1996)	20g × 5天	20人	25, 50, 100m游泳	成绩表现没有进步
Terrillion(1997)	20g × 5天	12人	2×700m跑步(间隔休息2分钟)	成绩表现没有进步
Burke(1996)	20g × 5天	32人	25, 50, 100m游泳	成绩表现没有进步
Thompson(1996)	2g/天× 6周	10人	100, 400m游泳	成绩表现没有进步

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

肆、肌酸增补法

　　肌酸的增补，一般并不会以磷酸肌酸的型式贩卖，而是以加上磷酸盐成为含一分子水的肌酸(CrH2O, creatine monohydrate)型式贩卖。市面上所贩卖的肌酸型式，亦有粉末、锭剂、胶囊与液态状等等之分。一般使用肌酸增补法(creatine loading)的原则为每天20~30 g，并连续服用5~7天(McArdle等人)。

图二 A. 当连续补充肌酸6天后，停止肌酸之补充时，体内肌酸浓度之变化情形；B. 当连续补充肌酸6天之后，采用低剂量肌酸之补充方式时，体内肌酸浓度之变化情形

　　Hultman等人(1996)的研究显示了肌酸增补的维持效果。研究者将受试者分成两组，一组为每天摄取20g(约为每公斤体重摄取0.3 g)，共连续6天，然后停止补充；另一组除了与前一组相同连续摄取肌酸6天之外，在第7天则开始每天摄取2g(约为每公斤体重摄取0.03 g)连续28天。研究者在实验开始后的第7、21与35天进行肌肉穿刺法以分析肌肉内肌酸的浓度。此研究结果发现，在连续6天摄取肌酸之后，肌肉内肌酸浓度增加大约20%；当停止补充肌酸时，体内肌酸含量便开始下滑，然而在持续低剂量补充时，体内肌酸浓度将可维持至少28天以上(见图二)。因此，McArdle等人则认为肌酸增补的快速方法是，连续增补6天，每天4次，每次5克(共20克)的CrH2O，便足以让体内肌酸含量达饱和状态；随后，倘若将服用剂量降低至每天2克，便能持续维持高浓度的肌酸浓度。而Williams(1998)的书中则提到，另一个肌酸增补法的缓慢方式，亦即每天摄取3克，持续1个月之后，便能让体内肌酸含量达到饱和。

伍、影响肌酸增补的因素

　　影响肌酸增补的因素除了第参节所述的反应者与不反应者(Greenhaff等人)之外，醣类的摄取与咖啡因的使用均会影响肌酸的增补效果。Green等人(1996)将受试者分成两组，一组为肌酸组(每次5g，每天4次，连续5天)，另一组为肌酸＋醣类组，亦即除了每次5 g的肌酸，每天4次，连续5天之外，在每次摄取肌酸后的30分钟，另外摄取93g的高GI醣类(每天4次)。研究结果发现，肌酸组在服用肌酸之后，显著地增加肌肉PCr含量(+7.2%)、游离肌酸(+13.5%)与总肌酸量(+20.7%)；而肌酸＋醣类组则显著地增加肌肉PCr含量(+14.7%)、游离肌酸(+18.1%)与总肌酸量(+33.0%)。因此，研究者认为醣类的使用，将有助于肌酸的储存，而McArdle等人则认为这种现象与胰岛素的分泌有关，亦即醣类的摄取，刺激了体内胰岛素的分泌，因而使得肌肉内可获得较多的醣类与肌酸。

　　Nelson等人(2001)让12位受试者在运动至衰竭后，实施肝醣超补法(摄食比率，CHO: fat: protein，80: 10: 10)3天之后，立即增补5天的肌酸(一天4次，每次5g)，然后再进行运动至衰竭后的肝醣超补法3天，并利用肌肉穿刺法分析肌肉内的肝醣与肌酸之含量(穿刺时间为第1、4、11与14天)，以研究肝醣超补法是否会受到肌酸增补影响。研究结果显示在第一次肝醣超补法后，肌肝醣含量增加4%(164 mM/kg d.m.)，而肌酸含量无变化；在肌酸增补之后，左脚肌酸含量上升41.1 mM/kg d.m.，右脚则上升36.6 mM/kg d.m.，而肌肝醣含量则无变化；然而，在第二次实施肝醣超补法之后，肌肝醣含量则增加了53%(241 mM/kg d.m.)。该研究者们因而认为肌酸的增补，将可以扩大随后的肝醣超补效果，他们也指出这种现象可能与肌酸增补刺激了细胞容量的扩大有关。由上述文献可知，肌酸与醣类的配合使用，将能扩大彼此的增补效果。

　　在咖啡因对肌酸增补效果的影响方面，Vandenberghe等人(1996)将受试者分成三组，一组为安慰剂组，一组为肌酸组(每天摄取0.5 g/kg体重，连续6天)，另一组为肌酸＋咖啡因组(每天摄取0.5 g/kg体重的肌酸以及5 mg/kg体重的咖啡因，连续6天)。研究结果发现，肌酸组与肌酸＋咖啡因组肌肉内的PCr含量分别增加了4%与6%，而安慰剂组则无显著变化。因此，咖啡因的伴随使用，似乎对于肌酸的增补有负面的影响，该研究者则建议在实施肌酸增补法时，运动员应该避免咖啡因的使用。

陆、结语

　　肌酸增补的效果，主要作用于体内ATP-PCr系统，额外的肌酸补充，有助于提高体内游离肌酸与磷酸肌酸的储存量，增进体内短时间高强度的能量来源，进而提升短时间的运动表现。影响肌酸增补的因素，则包括体内原先的肌酸含量(亦即所谓的反应者与不反应者)、是否伴随醣类的补充以及咖啡因的使用与否等，这些因素将影响着同量肌酸增补后，体内保存量的多寡。

　　虽然肌酸增补的效果似乎相当显著，那么，肌酸的额外增补是否会造成人体的副作用呢？截至目前为止，研究报告并不足以提供明确的答案，比如Willams的书中提到，肌酸的增补可能会因为体内含水量的增加影响电解质的平衡，而导致肌肉的痉挛；而McArdle等人则认为长时间(4年)肌酸的增补，对人体并无大碍。然而，较明确的是，肌酸的额外补充，会增加细胞的渗透性，因而使得细胞容量增加，导致体重的上升，而体重的上升，对某些运动项目来说，便可能是一负面的干扰，例如耐力性运动项目，体重的增加使得身体在训练或比赛时，必须承受较大的身体负重，而增加氧消耗量，因此，在服用肌酸时，必须考虑运动项目的特殊性以及肌酸增补所造成的体重增加问题。

参考文献

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