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115年:營養營養學(1)

下列何種營養素的耗盡不是運動造成疲勞的主要原因？

A蛋白質
B碳水化合物
C水分
D電解質

詳細解析

本題觀念：

運動生理學 (Exercise Physiology) 與疲勞機制 (Fatigue Mechanisms)

本題主要測驗考生對於運動疲勞成因的生理機制理解，特別是關於各類營養素在運動能量代謝中的角色。運動疲勞的產生通常分為中樞性疲勞 (Central Fatigue) 與周邊性疲勞 (Peripheral Fatigue)。在營養素耗盡 (Depletion) 導致的疲勞中，關鍵在於能量來源的枯竭以及體液恆定的失衡。

選項分析

  • A. 蛋白質 (Protein)：正確答案。

    • 生理機制：蛋白質主要作為身體組織的修補原料與酵素、激素的構成成分，並非運動時的「主要」能量來源。雖然在長時間耐力運動（如馬拉松）後期，當肝醣耗盡時，蛋白質（胺基酸）透過葡萄糖新生作用供給能量的比例會略微增加（約佔總耗能的 5-10%），但人體不會因為「蛋白質耗盡」而立即感到運動疲勞。
    • 疲勞關聯：蛋白質的體內儲存形式為肌肉本身，若要達到「耗盡」的程度，意味著嚴重的肌肉分解，這通常發生在極端飢餓狀態而非一般運動疲勞的主因。雖然胺基酸（如 BCAA）濃度的改變可能與中樞性疲勞（Tryptophan 理論）有關，但這屬於神經傳導物質的平衡問題，而非營養素「耗盡」導致的能量危機。

  • B. 碳水化合物 (Carbohydrates)：錯誤。

    • 生理機制：碳水化合物以肌肝醣 (Muscle Glycogen) 和肝臟肝醣 (Liver Glycogen) 的形式儲存，是中高強度運動最主要的燃料來源。
    • 疲勞關聯：當肌肝醣耗盡時，ATP 的再合成速率下降，肌肉收縮力量減弱，導致周邊性疲勞。同時，肝臟肝醣耗盡會導致血糖下降 (Hypoglycemia)，引發中樞神經系統的疲勞（俗稱「撞牆期」Hitting the wall）。因此，碳水化合物的耗盡是導致運動疲勞的最主要原因之一。

  • C. 水分 (Water)：錯誤。

    • 生理機制：運動中大量流汗會導致脫水 (Dehydration)。
    • 疲勞關聯：水分流失導致血漿容積 (Plasma volume) 下降，進而使心輸出量 (Cardiac output) 減少，肌肉血流量降低。同時，脫水會影響散熱機制，導致核心體溫升高。這些生理變化會顯著增加主觀疲勞感並降低運動表現，是運動疲勞的主要原因。

  • D. 電解質 (Electrolytes)：錯誤。

    • 生理機制：汗液流失會帶走鈉、鉀、鎂等電解質。
    • 疲勞關聯：電解質對於神經衝動傳導與肌肉收縮至關重要。鈉流失過多可能導致低血鈉症 (Hyponatremia) 或肌肉抽筋；鉀與鎂的失衡會影響細胞膜電位與肌肉放鬆。電解質失衡會干擾興奮-收縮耦合 (Excitation-Contraction Coupling)，直接導致肌肉疲勞或功能障礙。

答案解析

運動疲勞的主要營養性成因集中在**「燃料耗盡」（碳水化合物/肝醣）以及「體液環境失衡」**（水分與電解質）。 蛋白質雖然在極端情況下可輔助供能，但人體擁有龐大的蛋白質庫存（即骨骼肌），在單次運動中幾乎不可能發生「蛋白質耗盡」的情況，且其消耗並非造成急性運動疲勞的限制因子。因此，A 選項是本題的最佳答案。

核心知識點

考生應掌握以下運動營養與疲勞的關鍵原則：

  1. 能量系統 (Energy Systems)：
    • 高強度短時間：ATP-PCr 系統。
    • 高強度中時間：無氧糖解 (Anaerobic Glycolysis) -> 產物乳酸/氫離子堆積導致疲勞。
    • 中低強度長時間：有氧氧化 (Aerobic Oxidation) -> 限制因子為肝醣耗盡。
  2. 疲勞成因 (Causes of Fatigue)：
    • 代謝產物堆積：H+ (酸中毒), Pi (無機磷酸鹽), ROS (活性氧)。
    • 受質耗盡 (Substrate Depletion)：PCr (極短時間), 肌肝醣 (長時間)。
    • 環境失衡：脫水、電解質流失、高體溫。
  3. 營養補給策略：運動前中後補充碳水化合物以延緩肝醣耗盡；補充電解質水以維持血容積與體溫調節。

參考資料

  1. Powers, S. K., & Howley, E. T. (2018). Exercise Physiology: Theory and Application to Fitness and Performance. McGraw-Hill Education. (Chapter on Fatigue and Metabolism).
  2. Maughan, R. J. (Ed.). (2013). Sports Nutrition. John Wiley & Sons. (Roles of Carbohydrates and Fluids).
  3. Hargreaves, M., & Spriet, L. L. (2020). Skeletal muscle energy metabolism during exercise. Nature Metabolism. (Glycogen depletion mechanisms).
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