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生酮饮食究竟能否提升耐力训练效果?

优氧空间健身工作室 2019-03-14 15:27:03
前一段讨论到关于生酮饮食的话题,正好这里有一篇文章推荐给大家。生酮饮食自己可以尝试,但是目前不要拿别人健康做实验为好吧。

人体是一个很神奇的混合燃料引擎。人类饮食中的三个巨量营养素:糖类、脂质与蛋白质,都可以透过各种复杂的生理机转,提供人体维持生理机能、日常活动以及运动的能量所需;换言之,都是「燃料」。

为什么会是这样呢?不知道。从演化的角度来说,人类必须生活的地理环境非常广泛,而要从事的活动又相当多,当然最理想的情况是吃什么都能活命,不要太挑食。不过演化是一件最少以百万年起跳的事情,而且活不好的物种依据物竞天择理论早都死光光灭亡了,当然不可能透过controlled experiment 来做科学验证。所以演化假说的讨论就到此为止。

如果你想设计一个科学实验,看看限制人类只能从单一巨量营养素获得能量、会不会存活得比较好... 那首先你要成为上帝。

而若从比较实际的角度来讲,不同的营养素有着不一样的优势:糖类提供能量的速率较高(大马力/高性能),脂肪的单位能量效率较高(节能/持久/可以雕塑身材),蛋白质则可以用作前两个燃料系统运作不顺畅时的紧急备用方案(没钱买燃料时可以跟自己的身体借高利贷)。因此如果我们从竞技运动所需要的体能特性切入,很自然会做出耐力性运动需要使用油脂、速度与爆发力运动主要使用碳水化合物的这种结论。这在某种程度上来讲是正确的,但却绝非一刀两断切割得黑白分明。记住这句话,你等一下考试会再看到它的。

事实是,人体随时都在使用比例不同的混和燃油;而它要切换到以使用哪个燃料为主,与运动的强度、肌肉收缩型态、持续时间和是否处于空腹/饥饿/类饥荒的状态,息息相关。在这边只随便举出了四个影响因子,我们若很武断地把每一个变因都简化成只有两种状态(on或off),那么起码也有二的四次方、总共十六种排列组合结果。这就是所谓体能交互关系的概念,先不论四个变因之间是否为彼此独立(例如:持续+ 高强度,会不会提早耗尽能源,导致肚饿或系统当机?),最起码,你在考虑单一变因的时候,不能假装另外三个变因所造成的影响不存在。

首先,我们从广为人知的「长时间耐力必须依赖脂质」这个概念谈起。也就是说前面的四个变因里面,我们来看看,控制在低强度(60%VO2Max),改变运动时间长短(30~120min),人体使用的能量比例变化。从图中可以看见,要运动到开始燃烧很高比例的脂肪,至少必须持续一个半至两个小时,才开始用到比较多的脂肪(灰色)。

好... 这代表低强度训练一定都要这么久吗?当然不见得。但如果你是耐力运动员,这种长时间低强度(LSD)的训练,至少在能量系统的启动上,是非常必要的。

光在同一个运动强度之下,持续的时间不同,人体就会自动切换使用不同比例的能量来源。

不过就算我们都纯粹讨论竞赛时间在两个小时以上(第四根柱子)的范筹好了。

请问:

1、你的比赛强度会只有60%VO2Max这么低吗?

2、就算你都只有用这么低的强度在比赛... 要怎样有比别人高的「60%VO2Max」?

3、更关键的是... 要怎样在60%VO2Max有高的速度?

4、如果你前面两个问题的答案是要提高速度和提升VO2Max,那...要怎么练?

5、训练「改善速度能力」和「提高最大摄氧量」的课表,有可能也只用脂肪吗?

答案当然是「不行」;你需要更快速的能量来源,也就是糖酵解系统。同样是有氧代谢,葡萄糖的燃烧比起自由脂肪酸,每单位时间可以提供的能量高很多,也就是速度更快。

接下来我们再看。在不同运动强度,持续相同的运动时间,能量消耗的比例和总量是如何变化。也就是说,前述的四个变因里面,我们控制时间(30min),操纵运动强度(40~75%VO2Max),看看能量提供上糖类与脂肪的比例是如何变化。

在不同运动强度下,脂肪类能量的产生率。

这个图表是依据呼吸的气体分析,以及血液样本的检测所得到的;其中不只粗略分成糖类与脂肪,还更加细分为肌肉肝糖(细点)和血糖(白色)、以及血液中的自由脂肪酸(黑色)与「其他脂质能量来源」(粗点)。在此「其他脂肪」的这个讲法看似有点笼统;不过学理上的假设是,血液中的自由脂肪酸是来自脂肪细胞(也就是游泳圈/大象腿/双下巴/蝴蝶袖这些肥肉)的动用,而不从这里来的脂质,应该就是由慢缩肌纤维旁边的肌肉脂肪储原直接提供。

结论呢?在55%VO2Max,会有最多的总能量来自脂肪类能量来源;强度再往上提高时,脂肪就反而用得少了。由于在一般的概念里很自然认为「低强度」=「耐力」,「高强度」=[爆发力],也因此这就成了支持耐力运动倚赖脂肪能量的强力证据,也是大家想破头要借着脂肪动员把身体练得更有效率、更「省油」的主要原因。

然而和前段所叙述的一样,大家很容易忽略在竞赛情境时,其实所需要的都是「高强度」+「耐力」... 而且就算是在55% 的情况下,脂肪依然只占全部能量来源的一半。很明显人体必须要使用糖类,而且就算在低强度也是随时都是在使用「含糖」的混和燃料,而非一刀两断,和前面说等下要考的讲法完全一致。 然后再看,以同样强度运动,晨间空腹的状况和有进食的状况,差别为何?

下面引述的这篇研究非常有意思,它不但和上一篇研究一样看了强度的分布,还特别探讨训练状态不同的研究对象。普通人的组别(UT)是每周进行少于两小时体能活动的健康大学生,运动员组别(T)则是来自于UC Berkley 学校单车社以及自行车校队的成员,参加美国业余二至三级赛事。这些选手的VO2Max 平均数值接近60ml/kg.min,虽然不算顶尖,但已经相当不错;相对之下UT组的受试者平均则不到40。

普通人和运动员在有吃过早餐的情况下,于不同训练强度持续运动三十分钟,由呼吸换气比例(RER)所推定的葡萄糖(黑色)与自由脂肪酸(斜线)使用比例。

同样的受试族群,改以空腹状况进行试验,可看到燃烧脂肪的比例明显提升。

从上面两张图可以看见,在较低的强度,特别是22%VO2man (相当于走路的运动量) 和44%VO2max (非常非常轻松的热身强度) 这两阶,运动员在空腹时以自由脂肪酸提供能量的比例都显著提高;但到了60%VO2max,也就是一般普遍用来做基础耐力/低强度耐力/动态恢复的强度区间,则换成是一般人采用脂肪的比例明显与有吃东西的情况相比来得高,从低于15% 增加到将近30%;也就是因为如此,晨间空腹低强度训练,在可训练时间不足的前提之下,非常适合用于改善有氧耐力。

但我们也知道,晨间空腹训练在国内是一个富有争议性的训练模式;其争议不是来自于这方法错误或不好用,而是由于实行上的细节经常被忽略(例如持续时间过头,或强度未精确界定、拉太高),以及来自坊间的许多市井谣言和迷思。因此虽然我们还算经常开给客户执行,这却是部落格开播将近一年以来、首次提到此种训练法,就是想避免淌入不必要的浑水。

只是俗话说怕热就不要进厨房,既然我们后面要讨论生酮饮食,就不能不先提到空腹训练的好处。

以总能量生成率,来看空腹时脂肪与糖类的燃烧。

与能量的百分比相较,也许更重要的是看总能量的提供。从上图可以更明确地看到,在普通人的组别,59%VO2max 可以带来最多的自由脂肪酸燃烧量,几乎与运动员达到相同水准;虽然以绝对强度来看,这些一般人在他们59%所能骑出的瓦特数比运动员还要低得多了。这也告诉我们,想要抄捷径加速改善脂肪的代谢,「晨间空腹低强度」这个招数对普通人比较有效。

而如果你没测过摄氧量怎么办?还好的是,摄氧量百分比与你个人的主观强度感受或者心跳率几乎是线性关系;因此,如果你觉得自己只花到差不多六成力,或者是心跳率位在zone 2 ,大概就是适当的强度了。而运动员应该则大概要在zone 1 才够适当,差不多是会让你觉得跑步速度只比走路快一点,或是骑脚踏车慢到快要摔下来、连踩着三轮车的小鬼都可以超你车那种感觉。

BUT!我们不要忽略了一个明显的重点:就算是在最佳的组合条件(运动员、空腹、走路强度)之下,仍有超过40% 的总能量是由糖类提供!

还记得前面有说过等一下考试会再看到这句话吗?就算是超级低强度的有氧运动,仍有大量的能量必须是由碳水化合物来提供。因此耐力运动员应该由脂肪类食物来提供能量来源、甚至可以完全不吃糖类、除了淀粉和精致糖以外连水果都不碰,是不太说得通的。(提个相关的:有看到这篇研究的第二作者是谁吗?加州大学柏克莱分校的George Brooks 教授,也就是我们将近一年前所译介的研究之作者。Brooks 教授的研究成果,修正了以往所认定乳酸就只是个有害物的看法,也强调了无氧糖酵解系统对于有氧耐力的重要性。)

继前篇的简介之后,各位应当已对运动中的能量来源,有了简略的概念。然而看完的读者可能也不免会疑惑:怎么文章写到最后,都还没出现「酮体」这个关键字呢?我们不是在讲生酮饮食吗?

首先,请参考这一系列的科普文章。作者是运动生化的专家,要介绍这一系列的复杂生理机制绝对比我们够资格,再者文笔也比我好,因此强烈建议先点进去读完。不过如果你惧怕又来一个大篇幅的阅读资料,那么以下是概略的重点整理:

人体的酮症反应,是大脑在缺乏葡萄糖作为养分的情况之下、透过肝脏将脂肪酸转化为酮体以便通过血脑屏障替代葡萄糖的生理状态。换言之,脂肪的氧化不等于酮症反应,而虽然酮体也可以被肌肉拿来做为燃料使用,然而肌肉要在运动中燃烧脂肪,却不需要先经过酮化反应。在此直接引用该系列文章第二篇当中的一段话:

「酮体就如酒精一样,人体虽可以分解利用并产生能量,但这并不代表我们就应该使用它们作为主要能量来源」所以... 有发现为什么前文说了个老半天都完全没讲到酮体了吗?因为燃烧脂肪跟生酮完全不是同一回事啊啊啊啊啊!

其实,虽然在某种程度上来说,脂质和碳水化合物的氧化是两种彼此竞争、交互抑制的作用(Jéquier, 1998);然而在最根本的层次,缺乏碳水化合物的情况之下,脂肪氧化是无法完整进行的。「糖类是燃烧脂肪的催化剂」这句话,不是在国中生物课就学过的事情吗?怎么大家都忘记了呢?

到这边为止,酮症反应、生酮与耐力运动中能量来源的辩论大概已经可以结束了。接下来让我们检视几个生酮饮食倡议者经常提的几个支持证据,做个完整的收尾。

1、生酮反应是很多顶尖耐力运动员所采用的营养策略。

这是对的,而且我还可以帮你找几个出来。其中包含跨大西洋划船、100 mile 超级马拉松、军事化训练... 等等。而且研究生酮饮食和酮体代谢的科学家也不在少数,为首的包含Ken Ford、Jeff Volek、Dom D'Agostino 等人,与「跳进来淌这一滩混水」的另一位顶尖学界专家--澳洲国训中心(AIS)的首席运动营养专家Louise Burke 成为立场鲜明对立的两大阵营。

然而这里面有一个重点:采用生酮饮食的这些运动员,所参与的都不是普通运动竞赛。事实上,由于比赛(或挑战,例如跨大西洋划船不见得总是同时与他人竞争)时间太长、挑战太过艰困,正常饮食的人也无可避免会提高脂肪代谢,并且在某种程度上依赖酮体。而只依赖自由脂肪酸或什至酮体作为燃料的主要副作用:运动速度下降(Neumann, 2000),在此已经不构成问题,因为这些比赛的本质就不是拼高速。再说,拥戴生酮饮食的科学阵营自己也承认,他们鼓吹酮化代谢的根本目的并不是在追求高竞技运动表现,而是更健康、更长久永续的人生。运动很可能是他们推广生酮饮食所选择采取的做法,而不是目的本身。

2、越来越多的研究证据显示,人类可以经过饮食改变,主要使用脂肪作为高强度耐力运动的能量来源,而且运动表现不会下降。

这也是对的,而且我也可以帮你找几个出来。首先是这一篇针对自行车选手的研究(Phinney et al., 1983),指出经过四周的生酮饮食,自行车选手在中低强度(submaximal) 的运动表现不会降低,而且能够有效保存肌肉中肝糖的含量,在研究过程中也没有产生低血糖。但是研究并没有说出在高强度时会发生什么事情。而高强度运动能力却是自行车竞赛决胜的关键,管你是爬坡型选手、冲刺型选手、计时赛选手... 通通一样。

再来是这一篇今年的研究(Volek, 2016),指出与高碳水化合物饮食的耐力运动员相比,平均有一年半至两年低糖或生酮饮食经验的运动员只要是有相类似的最大摄氧量,在高强度运动时的脂肪利用率也会大幅高过吃高糖类或「正常」饮食的受试者:也就是说,这些人并非「异类」,而是被训练和饮食习惯造成了改变,而以往旧式的科学结论只是因为没有研究到这一些对象。

但这边也有几件事人家没有告诉你:这些「换过引擎」的运动员也许运动表现没有下降,但相对的也没有被提升!甚至于在Volek 那篇研究里,还很巧妙地避开了一个重点:跑步速度。在描述受试者的章节里Volek 不断强调这些人如何在> 50km 超级马拉松或者113半程以上铁人三项比赛有前10% 的好成绩、有些是国家队、有些是某种全国纪录的保持人. .. 但他却没有说同样是接近65 ml/kg-min 的最大摄氧量,吃高糖和生酮的选手各自是跑到了几公里的时速!那训练使用多一点脂肪的好处到底在哪里?后面我们会讲。

3、人类经过几百万年的演化,适合了高脂肪、高蛋白质的饮食,而这不是在几千年内就能改变成适应文明生活的。

拜托喔...「子非鱼,安知鱼之乐?」你又不是山顶洞人,你怎知道山顶洞人晚餐都吃什么?事情的真相是,根本就没有任何考古证据显示,所谓的「远古人类」有什么单一吃法。早先在上一波所谓的「石器时代饮食」流行得火热的时候,就已经有科学家说过,石器时代的人类并不见得是这样吃。

某次我的一位跑者跟我说:「教练你知道吗?爱斯基摩人的饮食,主要成分就是油脂和肉类...」还没听他说完我就直接反问:「你认识几个爱斯基摩人是有在跑马拉松的?」。事实上,所谓的渔猎生活,不是整天都在深山里、荒野中追着猎物跑,或者划个小皮艇手里抓鱼叉出海捕鲸。真正的爱斯基摩人大部分时间,是守候在浮冰上海豹呼吸的气孔旁边,坐下去就等他个好几小时、碰到猎物来时再给它一枪;不然就是把冰块凿两个洞,架一张网子过去,等鱼入网。渔猎生活的本质其实比较像艰苦的劳动,但虽然艰苦,最重要的原则却是要花费最小的力气去获得最充足的食物,没有谁整天没事就跟在狗拉的雪橇旁边跑上七八个小时只为了要猎驯鹿。

全世界的石器时代人类(或者相对应的近代各原住民族)散布在各种不同环境,有些可能以肉类为主食,有些可能以采集水果、种子和蛆虫为食,有些可能种植根茎类和捕鱼,有些可能养蜗牛或乌龟煮来吃... 在我们现代人是否应该改采类似饮食的这个议题上,我想应该要先请教人类学专家,而不是你自己那个领域的某些权威。退一万步讲,如果石器时代人类的生活是我们应该致力追求的典范,那你运动前干嘛还要先热身?猎人看到下手机会还可以先滚个滚筒、慢跑三分钟、核心启动、动态伸展做完,冲完两趟十公尺,再掷出手上的标枪吗?还是说石器时代的人类平时有在为了追捕野牛做跳跃力训练?玩杠铃?跑步还用心跳带?

4、吃生酮饮食的运动员并不会低血糖或肝糖缺乏,因为可以透过糖质新生作用把这些能量基质从肝脏里面转变出来。

这也是对的,可是你要不要考虑直接还是吃糖类,可以省掉这一大截力气喔。事实上完全不吃糖类然后希望身体自己变出肝糖的这种做法,就像是你有智慧型手机、却不愿意透过专用App写电子邮件,而是先开启网页浏览器、从电脑版网页登入G-mail帐号,然后再用电脑版的介面去写电子邮件。

这会产生一个麻烦,也就是绕远路注定比较没效率。如果你必须透过速度训练或高强度间歇来提升中低强度的比赛表现,在训练中身体就无可避免要大量消耗糖类,运气不好还有可能当机... 练不到你该有的强度,又要花比较久的时间复原,这真的是身为竞技运动员的你想要选择的做法吗?

5、生酮饮食可以教会身体利用脂肪燃料,因此就可以比较节省糖类的使用,大幅增加耐久力以及在在关键时候有更多糖类可以提供快速燃烧。

这个假设很诱人,不过实际上这个能力根本就不需要透过长时间的生酮饮食才能够练到,前一篇文章所讲的20分钟空腹低强度就可以了。这个概念对某些运动族群来讲可能依然是相对比较新颖的,例如今年的环法自行车赛总冠军选手,在赛事期间的休息日早餐:半颗酪梨、四个水波蛋和一片瘦的烟熏鲑鱼。高油脂和高蛋白质的组合,没有任何一丁点碳水化合物,在自行车界引起不小的骚动。这证实了自行车选手在竞赛期间的休息日,其实也是生理机能另类的「训练」日;就算没有大量的训练骑乘,也要趁机利用低糖高脂饮食,训练身体使用自由脂肪酸和酮体的有氧代谢路径。但这种吃法在有高强度比赛的日子是不可采用的,别以为他整整21天每餐都这样吃。

事实上根据Louise Burke 教授团队的这一篇研究(Stellingwerff et al., 2006),五天的低糖高脂饮食,搭配一日的正常饮食,就可以成功降低70%VO2Max强度的糖类使用比例,但也会降低无氧糖酵解的相关酵素活性。也就是说,你做一个礼拜的低糖饮食,就能够达到生酮饮食所宣称的改变效果了,根本不需要搞到好几个月;但换句话说,如果转换成使用油脂要那么久,那短时间要想转换回来使用高爆发力的碳水化合物,有可能吗?

6、生酮饮食可以让运动员更健康

错!即便是鼓吹晨间空腹低强度有许多好处的作者,也强调在缺乏肝糖的情况下、运动的品质会难以维持,比较容易促进肌肉的分解,也会给贺尔蒙与免疫系统带来较大的压力。「长期这样施行反而有负面效果」,应该要采用每天交替穿插的方式执行。另外在这篇研究中提到,三天低糖高脂饮食可以提升HIIT训练中的脂肪酸氧化比例,血乳酸浓度也降低,但是运动员感觉较疲累。由此可见血乳酸浓度降低并不是身体疲劳程度的反应,而是缺乏糖类的后果,训练动机低下的长期心理影响也不容小觑。长期采用生酮饮食对身体来讲是个额外压力,用了之后没事的虽然大有人在,但这不见得是鼓励你跟着使用的好理由。

空腹训练能提升自由脂肪酸的氧化能力,胰岛素敏感性以及肝糖的保留(review),目前仍是新颖的科学议题.集中在第二型糖尿病患者的运动治疗研究;但「新颖」的意思就是「未有定论」,在确定不会造成任何健康风险、潜在又可能有好处的前提之下,我们不妨就用用看。但是生酮饮食就是另外一回事情。这种饮食方法本身并没有非常严重的问题,然而在应用上却必须要有许多限制,而且目前看起来在运动表现上「最多就是与正常饮食一样好」而已。虽然要怎么采用最终属于个人自由意志的选择,然而如果你是练耐力型运动,我们强烈建议你不要花这个时间去走冤枉路。就像我个人是属于慢性过敏的受害者,因此我的饮食中就尽量地降低乳制品,因为听说牛奶是造成慢性过敏的一大祸首,而且反正我的生活中也不用依赖它。然而因为我知道科学界在这方面的意见还相当分歧,因此虽然我自己抱着一丝希望去采行,近年来似乎也有点效果,然而我却从来不曾跟任何学员讲过类似「你该断奶了」这类行销话术。

最浅薄的讲法就是,哪天有吃生酮饮食练出来的奥运金牌或世界冠军出现,我们再来重新讨论这个话题也不迟。于此之前,观念上稍微「守旧」一点,看样子还是比较聪明!