[心得] 運動生理學：運動好累，但疲勞是什麼？

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疲勞是一個非常複雜且多面向的概念，學理上我們將疲勞定義成當外在刺激促使產生能量的需求增加導致身體的體內平衡被破壞。在運動中，我們主要可以將疲勞定義為由實際身體運動（跑步、攀爬等）或感知上的外在任務（算數、回老闆訊息等）導致運動表現下降，或是更簡單的解釋，當肌肉沒有辦法在運動中產生足夠的力量。在運動科學中，疲勞的產生主要是來自於體能活動（但除了體能活動外的＂感知任務＂也會造成疲勞，可以參見先前貼文＂滑手機也會造成體能表現下降＂），運動導致肌肉內或外的特定代謝物（氫離子、鈣離子、乳酸；γ-氨基丁酸、谷氨酸或多巴胺等）累積，干擾肌纖維或前額葉的運
動皮層正常作用。

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運動科學中的疲勞來源主要分為兩類：中樞神經疲勞(CNS, Central Nervous System）及周邊神經疲勞（Peripheral Nervous System）。中樞神經疲勞的定義是肌肉的自主活動(Voluntary Activation)減少，主要是由於運動神經訊號發送頻率（Firing Frequency）及同步（Synchronization）減低和運動皮層的神經驅動（Neural Drive）下降，而中樞神經除了大家較熟知的大腦皮質層區域的變化外，也包含在脊椎層面的神經輸入對肌梭、高爾肌腱器等肌肉內受器和神經纖維迴路III及IV訊號輸入回饋的改變。中樞神經疲勞主要會造成睡眠障礙（因島狀皮質跟交感神經及副交感神經活動有關）、憂鬱、疼痛、疲勞感、難以維持注意力等症狀。在長時間耐力型運動中，例如：馬拉松、鐵人三項等運動的疲勞主要為此類。

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周邊神經疲勞定義主要是指肌纖維收縮強度下降，其背後機制主要是因肌肉內代謝和生化方面的改變導致神經肌肉功能效率降低，造成肌纖維內動作電位傳遞的變化影響。肌肉內代謝物質，例如：無機磷酸鹽、鈣離子、乳酸、腺苷二磷酸、氫離子在肌肉組織及血液中積聚，都會導致周邊神經系統疲勞。這類型的疲勞主要來自高強度的運動，例如：HIIT、足球籃球這類的球類運動等。而這些代謝物質的累積除了會影響肌球蛋白和肌動蛋白形成橫橋、降低組織內的酸鹼值、對T小管管腔的動作電位產生阻礙，也會導致磷酸肌酸能量系統酵素活動減少，進而導致肌肉收縮率下降並減少肌肉能產生的力量。

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但除此之外，疲勞是相當個體化的，因為疲勞還會受許多其他因素影響，例如：性別，就好比女性生理上在脂肪酸代謝上有更好的效率，但無氧乳酸能量代謝路徑效率就不如男性，因此大部分肌力、快速或爆發力測驗上女性會和男性有較大差距。另外，某些身心疾病，例如：焦慮症等可能也會造成大腦的活動及中樞神經系統的疲勞路徑改變。身體狀態如缺乏睡眠、缺水或肝醣儲備不足等情況也會導致疲勞增加。最後，外在因素也會影響疲勞的程度，例如：環境也會很大程度影響疲勞的產生，像是過冷、過熱、過於潮濕或是高海拔的環境運動，同樣運動強度下，疲勞會比在舒適涼爽的地方來的更大。另外，在某些極端的環境例如生死關頭等情況下，可能會讓內分泌改變（腎上腺素分泌增加等），會讓疲勞認知下降，可能會讓儘管生理代謝層面上是高強度的運動感覺起來是中低強度。

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簡單從生化的角度來看，運動主要產生疲勞的幾個方式：

－活性氧物質在肌肉活動(尤其離心過程)產生的離子對肌膜的磷脂造成破壞

－肌肉承受外在壓力時產生的氫氧自由基對肌肉內的生化分子（DNA、脂質等）造成破壞

－肌肉內糖原減少及在長時間運動下醣解作用產生能量的過程，核苷酸嘌呤代謝過程，導致單磷酸肌苷(AMP)的積累

－當體內肝醣耗盡，支鏈胺基酸（BCAA）會被氧化並用在ATP合成的原料，當支鏈胺基酸/游離色胺酸比例下降後，血清素會在大腦中堆積，產生疲倦感並降低神經驅動(Neural
Drive），在中樞神經系統產生疲勞

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總結：疲勞是一個相當複雜的概念，牽涉到許多層面，除了運動強度外，性別、運動項目、心理因素、身體狀況、外在環境等都會影響疲勞的產生和疲勞的程度。本篇文章簡單介紹了疲勞的概念及疲勞背後生理原理，希望幫助各位對運動生理學中關於疲勞的概念有進一步的認知與認識，未來有機會將會在出文章介紹疲勞是訓練計畫該如何針對疲勞做週期化的安排幫助疲勞管理和訓練計畫中動作順序的重要性以及要怎麼安排訓練計畫降低疲勞對訓練的負面影響以達到最佳化爆發力、肌力及肌肥大的成長效果。

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References：
Tornero-Aguilera, J. F., Jimenez-Morcillo, J., Rubio-Zarapuz, A., &
Clemente-Su嫫ez, V. J. (2022). Central and peripheral fatigue in physical
exercise explained: A narrative review. International journal of
environmental research and public health, 19(7), 3909.

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愛丁堡/台北 劉教練, Jeff Liu
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