研究揭示馬拉松後程跑不動或許並非糖原耗竭，而是這個機制……

運動 12-23

我們在長距離跑步、參加馬拉松過程中是否有過這樣刻骨銘心的感受：跑到後面感覺快到自己的極限了，彷彿多一步都邁不出去，跑友們俗稱「撞牆」。「撞牆」時，究竟是體內能量物質完全耗竭了？還是肌肉疲勞導致邁不開腿，又或是大腦已經無力指揮肌肉工作，心累了？

一、不存在能源物質在跑步過程中完全耗竭導致撞牆一說

身體內可以提供能量的物質有糖、脂肪和蛋白質。其中，糖的儲量相對最少，供能效率卻最高；體內脂肪儲量很多，完全可以支撐很長時間低強度運動。並且運動時，往往都是糖和脂肪混合供能為主，特別對於長時間中低強度運動來說，脂肪供能比例的提高可以起到節約糖的作用。

舉例來說：

普通人血液內大約有5克左右的血糖，肝臟中含有100克肝糖原，肌肉中含有400克肌糖原，人體內糖由這三部分組成，他們都可以為運動提供熱量。

人體內糖含量=5+100+400=505克

1克糖分解釋放的熱量＝4大卡

人體內所有糖的熱量＝505×4＝2020大卡

假定一名體重60公斤的人以6:00配速跑步，6:00配速時，每公斤體重每小時可以消耗大約10大卡熱量，這就意味著此人跑步1小時，可以消耗600大卡熱量。此人如果要完全消耗掉體內所有的糖，需要多長時間呢

這似乎說明為什麼全馬比賽時，撞牆容易發生在3-3.5小時，因為此時體內糖原消耗殆盡，就會發生明顯的體力不支。

但需要注意的是，上述計算是假定跑馬時全部由糖供能。事實上，跑步時糖和脂肪都會參與供能，無非是供能比例高低問題，強度高時糖供能比例高，強度低時，脂肪供能比例高，這就是為什麼長時間中低強度運動適合減肥的理論基礎。

因此，在混合供能情況下，人體可以維持數小時，甚至十幾小時的運動。所以，如果以糖耗竭解釋撞牆，並不能完全解釋通。糖耗竭時運動能力可能下降，但不會完全邁不開腿，那麼撞牆時，感覺完全邁不開腿究竟是什麼原因呢？

二、肌肉和大腦疲勞或許是撞牆更為重要的原因

既然撞牆無法完全用能源物質耗竭解釋，研究人員就試圖分析剩餘兩個因素—腿累還是心累？

用專業術語來說，就是肌肉疲勞還是大腦疲勞？當然這裡的心指的是大腦，真正的心臟是不可能累到無法跳動，因為生命不止，心臟跳動永不停歇，除非猝死。

最新發表在運動科學領域頂級期刊Medicine & Science in Sports & Exercise（競技與運動中的科學與醫學）雜誌上，由英國諾森比亞大學Kevin Thomas教授完成的一項研究，試圖分析究竟是肌肉疲勞還是大腦疲勞，引發了長時間運動後的「撞牆」。

這項研究主要探討了以不同強度進行力竭性自行車運動過程中，大腦和肌肉在疲勞發生時所扮演的角色。

Thomas教授採用了一個重要指標—最大隨意收縮能力（maximal voluntary contraction，MVC），也就是受試者盡自己最大能力完成一次肌肉收縮，這個指標既反映了大腦的激活動員能力，也即支配肌肉的能力，也反應了肌肉本身的收縮能力。當大腦疲勞時，最大隨意收縮能力可能會下降，同樣當肌肉本身疲勞時，最大隨意收縮能力也會下降。

Thomas教授，讓12名經過良好訓練的自行車運動員在運動前，測試其MVC，然後讓他們以不同強度全力騎行，直至筋疲力盡，然後再次測試MVC，這樣就可以反映其疲勞程度。

這12名自行車運動員，在間隔較長的三天中，分別按照三種不同的額定功率（代表不同強度）完成了力竭騎行，其中極限強度組騎行平均功率為379瓦，大強度組平均功率為305瓦；中等強度組平均功率為 254瓦，在這三種強度下，運動員騎行至力竭的平均時間分別為：3分鐘，11分鐘和42分鐘。

如圖A所示：三鐘不同強度後力竭騎行後，大腿前側股四頭肌MVC的變化。結果顯示肌肉的疲勞程度似乎下降程度都差不多，均略大於15%。那麼這時的疲勞究竟是肌肉本身疲勞，還是大腦疲勞導致的呢？

整體疲勞程度

如果使用電刺激去刺激不同部位，就能反映出疲勞是來自肌肉還是來自大腦。如果使用電刺激去刺激上游部位的大腦時，即採用經顱磁刺激，這樣就可以刺激大腦產生信號，引起外周肌肉的收縮，這是測定中樞疲勞的方法。而如果採用電刺激直接刺激肌肉，引起肌肉收縮，則是測試肌肉疲勞的方法。

如圖B所示，當直接刺激肌肉時，我們可以看到極限強度運動組疲勞水平最高，也即此時骨骼肌收縮力量下降最明顯，差不多下降了33%，而大強度組和中等強度組僅僅下降了20%不到。這說明，如果是短時間大強度運動，導致疲勞的主要原因是肌肉累了。

肌肉疲勞程度

圖C是給予大腦經顱磁刺激，顯示了與直接刺激肌肉不同的結果：中等強度組，也即運動時間最長組，MVC下降最明顯，說明中等強度長時間運動組的大腦疲勞最為明顯。也就是說，受試者雖然仍在努力地收縮他們的股四頭肌，可是大腦已經開始罷工了，不願意給外周的肌肉發放信號。

大腦疲勞程度

三、大腦疲勞是跑馬時撞牆的重要原因之一

這一研究結果充分回答了我們在文章剛開始提出的問題：到底是大腦先疲勞還是你的腿先疲勞呢？顯然，大強度運動時，對你的肌肉影響更大，肌肉疲勞是導致你無力堅持大強度負荷的主要原因。

而長時間持續性運動，對你的大腦影響更大，不是你的肌肉無法持續工作，而是你的大腦疲勞，大腦帶頭罷工，自然肌肉小弟們就跟著起鬨。這就可以形象地比喻為：工會（大腦）挑頭，帶領工人（肌肉）罷工。

這一現象從神經生理學也可以得到解釋，大腦作為人體最為重要的器官之一，是最需要得到保護和休息的。當你肌肉一直工作，如跑馬，就意味著大腦需要持續不斷地向肌肉發出指令，讓肌肉持續工作。但大腦如果持續工作，導致大腦過度消耗，那麼大腦就會進行自我保護，出現斷崖式或者瀑布式的工作能力下降，這時，你不僅僅是跑得慢了，而是跑不動了。

四、大腦疲勞仍然有待深入研究

當然在現實中，我們面臨的情況遠比實驗中來得複雜得多，疲勞發生跟我們運動的形式、運動的持續時間以及環境等因素都有關係。比如在這項研究中也有一些非常有意思的發現。大強度運動產生的代謝產物如乳酸，不僅直接影響了骨骼肌的收縮，還會影響大腦對神經和肌肉的控制。大腦作為人體最為複雜的器官，其研究難度也相當大，運動引起的大腦疲勞仍然有許多未解之謎。