IR:Item 987654321/6308
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(2) 論文名稱：急性低氧環境下攝取咖啡因對脂肪氧化的影響 總 頁 數 ： 66 頁 院校組別：國立臺灣體育學院競技運動學系碩士班 畢業時間及提要別：九十八學年度第二學期碩士學位論文提要 研究生：黃鴻鈞. 指導教授：巫錦霖副教授. 中文摘要 過去的研究已證實於常氧環境下攝取咖啡因可提升脂肪 代謝率，減少碳水化合物消耗，有助提升耐力運動表現。因 此本研究目的為探討在低氧環境下攝取咖啡因對脂肪代謝的 影響，並討論不同高、低攝氧量受試者，對增補劑的反應。 以 2 2 名 健 康 男 性 為 研 究 對 象，每 位 受 試 者 皆 需 完 成 四 組 漸 增 性腳踏車運動至衰竭的測試，均於低氧環境下進行；運動前 60 分 鐘 攝 取 增 補 劑 ， 分 別 為 咖 啡 因 組 ( C, 6 mg/ kg )、 碳 水 化合物組. ( G, 7 5 g ) 、 咖 啡 因 + 碳 水 化 合 物 組 ( C + G ) 和 安 慰. 劑 組 ( P )， 並 以 攜 帶 式 氣 體 分 析 儀 ， 採 集 安 靜 時 和 運 動 期 間 每階段氣體；以. 0~15 分 鐘 前 的 氣 體 為 時 間 對 應 點 ， 並 依 照. 圖形的不同計算 0 以上之三角型或梯型面積。結果發現脂肪 氧 化 曲 線 下 面 積 C 組 顯 著 高 於 C+G 組 （ p =0.009） 及 G 組 ( p = 0 . 0 0 7 )；碳 水 化 合 物 氧 化 的 曲 線 下 面 積 C 組 顯 著 低 於 C + G 組 （ p = 0 . 0 1 6 ） 及 G 組 （ p = 0 . 0 0 1 ）； 運 動 表 現 C + G 組 顯 著 高 於 P 組 （ p=0.005） 和 G 組 （ p =0.003） 兩 組 （ 平 均 為 P 組 1159±156 秒 ； C 組 1195±156 秒 ； C+G 組 1215±177 秒 ； G 組 1 1 6 5 ± 1 8 7 秒 ）。 研 究 結 果 顯 示 低 氧 下 攝 取 咖 啡 因 能 有 效 提 升 脂肪氧化率，並抑制碳水化合物氧化率。. I.
(3) 關鍵字：咖啡因、碳水化合物、急性低氧、脂肪氧化率. II.
(4) Huang, Hung-Chun (2010). The Effect of Caffeine Supplementation on Fat Oxidation in Acute Hypoxia Environment. Unpublished master thesis, National Taiwan College of Physical Education.. Abstract Ingestion of caffeine before exercise increased fat oxidation and reduced carbohydrate oxidation in normoxia condition. The present study was to investigate the effect of ingestion caffeine on fat oxidation in acute hypoxia environment. Twenty-two health, active subjects participated in study. Subjects completed 4 experimental. trials:. caffeine. (C,. 6mg/kg),. carbohydrate. (G,. glucose. 75g),. caffeine+carbohydrate (C+G) and placebo (P). Subjects ingested the supplementation 60 min before performed a graded exercise to exhaustion in a hypoxia chamber (~15%O2). Expired gas samples were collected for calculation the rate of carbohydrate and fat oxidation. The results showed that rate of fat oxidation were higher in C than C+G（p=0.009） and G（p=0.007）. The rate of carbohydrate oxidation were significantly lower in C than C+G （p=0.016） and G （p=0.001）. The exercise time were significantly higher in C+G than P （p=0.005） and G （p=0.003） （P:1159±156 sec; C:1195±156 sec; C+G:1215±177sec; G:1165±187sec）. The current data suggested ingestion of caffeine increased fat oxidation and reduced carbohydrate oxidation in acute hypoxia condition. Key words: caffeine, carbohydrate, acute hypoxia, fat oxidation. III.
(5) 誌. 謝. 很快的，兩年的研究生生活結束了，學生生涯也將告一段落。回顧這兩年， 真的讓我百感交集。從一位不愛念書的人到現在竟然能看懂原文 paper，更不敢相 信自己能夠在兩年內就完成碩士學位，對我來說這一切真的是非常的不可以思議 呀!感謝這段期間陪我的各位，因為有大家，才能讓我順利完成。. 最先要感謝的是我的指導教授巫錦霖老師，鴻鈞很幸運的能夠跟到老師您， 感謝老師您在兩年這段時間的照顧與指導，我應該是您研究群裡最會出問題的學 生吧!但老師您還是不厭其煩的教導我，因為有您作我的後盾，才能讓我的研究之 路更加充實完整。. 感謝酷酷的張振崗老師，在學校對我的關心，我常常把儀器操壞，對您真的 非常抱歉，也感謝一雄老師在我口試上給我的寶貴意見，讓我足以完成我的論文。 當然還有我們美麗的方世華導師，感謝研究所有您的帶領，讓我在課業上更加謹 慎認真，還有~我終於換到畢業證書了啦!!!也感謝洪暐老師、邱彥成老師，在兩 年的期間給我的指導與建議。. 在運科兩年的日子裡，第一要感謝的就是我的地下小老闆玫蕙同學，從實驗 到論文，每次只要遇到問題都會幫我解決，可說是神的代理人啊!如果沒有妳我真 的沒辦法順利畢業的，真的非常感激；也感謝念亭的鼓勵和刺激，讓我發憤圖強。 還有要特別感謝志暉兄，在軍中還能抽空教我不懂的地方，也時常關心我的實驗 進度，並自願擔任我的受試著；以及羽涵幫我找的每位受試者，才能讓我在時間 內完成實驗，還有易辰學長教我看的第一篇 paper，各位所做的一切都讓我銘記在 心，感動不已。感謝燕瑩學姐、旻寰、漢斯、煒翔、君晶總是在關鍵時刻拉我一 把。感謝佩玉姐、一凡姐、玉芳姐、每每、蛆、韋靜、家成、玫嫙、韋均、沂欣、 IV.
(6) 君瑋及冠邑等運科的每位夥伴，以及佩欣學姐在行政上的幫忙，還有我的最佳損 友們宗益、憲輝、家銘、巴西、李灝、阿桂學長、郁欣、阿咖等，跟競碩二 A 的 每位同學，謝謝你們大家的陪伴，讓我在研究所的過程中充滿歡笑與快樂。. 最後要感謝我的爸爸、媽媽和美麗的姐姐，感謝你們在我求學期間不給我任 何壓力，並給予我最大的支持與鼓勵，我也很高興能夠按期畢業，成為你們的驕 傲。每位老師、家人、同學及夥伴都在我研究生活裡扮演著不可或缺的角色，少 一個人我的論文都將無法完成，所以真的非常感謝大家，你們都是最棒的!!. V.
(7) 目 錄 中文摘要....................................................................................................... I 英文摘要.................................................................................................... III 誌 謝.....................................................................................................IV 目 錄.....................................................................................................VI 表 目 錄................................................................................................. VIII 圖 目 錄.....................................................................................................IX 第壹章 緒論............................................................................................... 1 第一節 第二節 第三節 第四節. 研究背景 .................................................................................................. 1 研究目的 .................................................................................................. 2 研究範圍 .................................................................................................. 2 研究限制 .................................................................................................. 2. 第貳章 文獻探討......................................................................................... 4 第一節 第二節 第三節 第四節. 第参章. 研究方法與實驗步驟................................................................. 15. 第一節 第二節 第三節 第四節 第五節 第六節 第七節 第八節 第九節. 第肆章. 實驗對象 ................................................................................................ 15 實驗設計 ................................................................................................ 15 實驗步驟 ................................................................................................ 15 增補劑介入 ............................................................................................ 17 運動介入 ................................................................................................ 18 低氧環境介入 ........................................................................................ 18 氣體分析 ................................................................................................ 19 統計方法 ................................................................................................ 19 曲線下面積計算 .................................................................................... 19. 結果............................................................................................. 20. 第一節 第二節 第三節 第四節 第五節 第六節 第六節. 第伍章. 補充咖啡因對代謝的影響 ...................................................................... 4 碳水化合物對代謝的影響 ...................................................................... 7 低氧對代謝的影響 ................................................................................ 12 本章總結 ................................................................................................ 14. 受試者資料 ............................................................................................ 20 脂肪氧化率之曲線下面積 .................................................................... 20 碳水化合物之曲線下面積 .................................................................... 20 高、低攝氧量組對各增補劑的脂肪氧化率表現 ................................ 21 運動表現 ................................................................................................ 22 氣體樣本結果 ........................................................................................ 22 心跳率 .................................................................................................... 25. 討論............................................................................................. 26 VI.
(8) 第一節 脂肪及碳水化合物氧化率 .................................................................... 26 第二節 咖啡因在低氧下對最大攝氧量的影響 ................................................ 29 第三節 心跳率與運動表現 ................................................................................ 30. 第陸章 結論............................................................................................. 32 參考文獻..................................................................................................... 33 中文文獻 ................................................................................................................ 33 英文文獻 ................................................................................................................ 33. 附錄一. 實驗參與者同意書..................................................................... 66. VII.
(9) 表 目 錄 表1. 受試者基本資料 ..............................................................................................41. 表2. 全部受試者各階段心跳率 ..............................................................................42. 表3. 高攝氧量組各階段心跳率 ..............................................................................43. 表4. 低欇氧量組各階段心跳率 ..............................................................................44. 表 10. • 全部受試者 VO2 資料......................................................................................45 • 高攝氧量組 VO2 資料......................................................................................46 • 低攝氧量組 VO2 資料......................................................................................47 • 全部受試者 VCO2 資料 ...................................................................................48 • 高攝氧量組 VCO2 資料 ...................................................................................49 • 低攝氧量組 VCO2 資料 .................................................................................50. 表 11. 自覺量表.........................................................................................................51. 表5 表6 表7 表8 表9. VIII.
(10) 圖 目 錄 圖1. 全部受試者的脂肪氧化率曲線下面積 ..........................................................52. 圖2. 高攝氧量組的脂肪氧化率曲線下面積 ..........................................................53. 圖3. 低攝氧量組的脂肪氧化率曲線下面積 ..........................................................54. 圖4. 全部人的碳水化合物氧化率曲線下面積 ......................................................55. 圖5. 高攝氧量組的碳水化合物氧化率曲線下面積 ..............................................56. 圖6. 低攝氧量組的碳水化合物氧化率曲線下面積 ..............................................57. 圖7. 高攝氧量組攝取各增補劑後對脂肪氧化率的表現 ......................................58. 圖8. 低攝氧量組攝取各增補劑後對脂肪氧化率的表現 ......................................59. 圖9. 全部受試者的運動表現 ..................................................................................60. 圖 10. 高攝氧量組的運動表現 ................................................................................61. 圖 11. 低攝氧量組的運動表現.................................................................................62. 圖 12. 全部受試者各階段 RER 變化值...................................................................63. 圖 13. 高攝氧量組各階段 RER 變化值..................................................................64. 圖 14. 低欇氧量組各階段 RER 變化值...................................................................65. IX.
(11) 第壹章. 緒論. 第一節. 研究背景. 自 從 2004 年 世 界 禁 藥 組 織 將 咖 啡 因 ( caffeine )從 禁 藥 名 單 解 除 後 ， 咖 啡 因 增 補 ( caffeine supplement )再 度 受 到 各 國 運動選手的青睞。有研究指出攝取咖啡因後，會增加兒茶酚 胺 ( catecholamine )分 泌 ， 並 促 進 脂 肪 代 謝 ， 提 高 血 液 中 游 離 脂 肪 酸 ( f r e e f a t t y a c i d s ; F FA ) 濃 度 ， 使 運 動 期 間 增 加 運 用 脂 肪 做 為 能 量 來 源 ， 此 外 ， 可 抑 制 碳 水 化 合 物 ( carbohydrate; CHO )代 謝 ， 降 低 體 內 肌 肝 醣 使 用 率 ， 延 長 耐 力 運 動 時 間 。 碳水化合物是運動時主要的能量來源，以肝醣形式儲存 於肌肉內，但由於在組織中含量有限，會受到運動強度和時 間長短而降低其含量。因此，如何有效增加外源性碳水化合 物的利用，一直是備受關注的議題。常氧下攝取碳水化合物 後會刺激胰島素分泌，促進碳水化合物吸收，可增加運動期 間血液裡的外源性碳水化合物，提高能量來源。胰島素除了 能刺激葡萄糖吸收外，還會抑制脂肪分解，進而降低脂肪的 代 謝 率 ， 但 目 前 在 低 氧 環 境 ( hypoxia )下 攝 取 碳 水 化 合 物 對 代謝影響則呈現不一致；低氧環境由於空氣含氧量不足下， 會使血氧濃度下降，心跳率和呼吸交換率偏高，增加生理上 的 負 荷，使 工 作 困 難 度 提 高，並 降 低 耐 力 運 動 的 表 現。然 而 ， 在組織缺氧的狀態下，會刺激兒茶酚胺的分泌，增加腎上腺 素濃度，因此造成代謝的改變與碳水化合物的使用率提升， 以作為低氧下的主要能量來源。因急性低氧的刺激會使身體 能量偏向碳水化合物的代謝，相對抑制脂肪代謝，但是如果 經過長期的低氧適應，此狀況則會明顯的改善。 在低氧環境下攝取咖啡因是否會使脂肪代謝有相同的作 1.
(12) 用目前並無定論，可以確定的是攝取咖啡因能有效提升脂肪 代謝率，而低氧的刺激則能促使碳水化合物氧化率提升；因 此 ， 本 研 究 目 的 將 探 討 在 低 氧 和 咖 啡 因 等 不 同 的 條 件 刺 激 下，對 於 受 質 代 謝 的 影 響，期 望 能 改 變 低 氧 環 境 的 代 謝 能 力 。. 第二節. 研究目的. 本研究主要目的為探討補充咖啡因後，於急性低氧環境 刺激下進行渐增性腳踏車運動對於脂肪代謝的影響為何，以 及咖啡因加上碳水化合物的增補對脂肪代謝是否有或抑制的 效果。 一、探 討 補 充 咖 啡 因 後 於 急 性 低 氧 環 境 下 對 脂 肪 代 謝 之 影 響。 二、探討補充咖啡因加葡萄糖於急性低氧環境下對代謝反應 之影響。 三、探討不同攝氧量受試著間對咖啡因作用的影響。. 第三節. 研究範圍. 一 、 本 研 究 以 一 般 健 康 男 性 (年 齡 分 佈 於 20-25 歲 )為 研 究 對 象，平時有運動習慣. 但 無 經 過 專 業 訓 練，本 身 須 無 飲 用 咖. 啡或大量攝取含高咖啡因食物之習慣，為本研究受試者規定 範圍。 二 、 實 驗 中 的 低 氧 設 定 於 2 3 0 0 m， 空 氣 含 氧 量 約 為 1 5 %， 其 他氧氣濃度之運動測試將不在本實驗環境範圍內。. 第四節. 研究限制. 一、本研究係以一般學生為研究主體，雖有運動習慣但並非 頂尖運動員，未來可. 針 對 不 同 專 長 之 頂 尖 運 動 員 加 以 應 2.
(13) 證本研究結果，方能更符合專業運動員於. 高 地 訓 練 的 效. 用及品質。 二、因本研究全程於低氧艙內模擬常壓低氧進行實驗，與高 地上的低壓低氧可能. 有 落 差，因 此 本 實 驗 結 果 如 實 際 應 用. 於高地或許會有所差異。. 3.
(14) 第貳章 文獻探討. 第一節. 補充咖啡因對代謝的影響. 一、咖啡因的生理作用 咖啡因是生活中容易接觸的興奮劑，咖啡、巧克力、可 樂等食物皆含有咖啡因成分，並且也是一般所公認的提神物 品 之 一。自 從 2 0 0 4 年 世 界 禁 藥 組 織 將 咖 啡 因 從 禁 藥 名 單 解 除 時，咖啡因已成為現代運動員常使用的運動增補劑。 咖 啡 因 為 黃 嘌 呤 ( xanthine ) 的 衍 生 物 之 一 ， 與 茶 鹼 ( theophylline )和 可 可 鹼 ( theobromine )這 兩 種 的 化 學 結 構 極 為 相 似 。 咖 啡 因 隸 屬 中 樞 神 經 系 統 ( central nervous system， CNS )的 興 奮 劑 ， 它 會 與 腺 苷 酸 ( adenosine )競 爭 進 入 腺 苷 酸 受 器 ( adenosine receptors )， 當 咖 啡 因 結 合 此 受 器 時 會 有 效 促 進 神 經 電 位 傳 導 功 能 及 刺 激 多 巴 胺 ( dopamine )的 分 泌，達 到 提 神 效 果 (Fredholm, Battig, Holmen, Nehlig, & Zvartau, 1 9 9 9 )。 攝 取 約 一 小 時 後 血 液 中 咖 啡 因 濃 度 會 達 到 最 高 值 。 文 獻指出在攝取. 4~6mg/kg 咖 啡 因 一 小 時 後 ， 血 液 中 咖 啡 因 濃. 度 可 達 最 高 值 ( 6~8ug/ Ml )(Bell & McLellan, 2002)。 補充咖啡因能增加兒茶酚胺分泌，促進脂肪分解並提高 脂肪氧化率，同時降低碳水化合物氧化率，在運動期間能增 加 脂 肪 代 謝 做 為 能 量 來 源 之 一 ， 進 而 節 省 肌 肝 醣 的 使 用 率 ( G r a h a m , B a t t r a m , D e l a , E l - S o h e m y, & T h o n g , 2 0 0 8 ) 。 腎 上 腺 素 ( epinephrine )為 兒 茶 酚 胺 的 化 合 物， 過 去 研 究 也 認 為 咖 啡因的攝取對腎上腺素有提升之效果，咖啡因對腎上腺素的 影響將在下一小節做更深入的探討。. 4.
(15) 二、咖啡因與脂肪代謝 攝 取 咖 啡 因 會 抑 制 磷 酸 二 酯 酶 ( p h o s p h o d i e s t e r a s e， P D E ) 的 活 性 ， 並 增 加 環 腺 酶 單 磷 酸 (. cyclic. adenosine. m o n o p h p s p h a t e， c A M P ) 濃 度 ， 活 化 脂 解 酶 ( l i p a s e )， 而 促 使 三 酸 甘 油 脂 分 解 成 游 離 脂 肪 酸 ( f r e e f a t t y a c i d s ; F FA ) 與 甘 油 ( glycerol )。 因 此 咖 啡 因 能 提 高 脂 肪 氧 化 ， 降 低 碳 水 化 合 物 氧 化 ， 減 少 肌 肝 醣 使 用 率 。 在 攝 取 咖 啡 因 溶 液 ( 250 ml; 5mg/kg body weight )和 安 慰 劑 組 後 進 行 30 分 鐘 腳 踏 車 運 動 ( 70% VO2max )， 發 現 咖 啡 因 組 血 液 中 增 加 150%游 離 脂 肪 酸 ， 肌 肝 醣 使 用 率 下 降. 42% ， 呼 吸 交 換 率 (. Respiratory. Exchange Ratio ; RER )也 顯 著 偏 向 脂 肪 代 謝 (Essig, Costill, & Va n H a n d e l , 1 9 8 0 ) 。 Costill 與 其 學 者 ， 對 9 名 自 行 車 選 手 ( 7 男 2 女 )於 腳 • 踏 車 測 功 計 上 進 行 80% VO2max 強 度 的 計 時 測 試 ， 運 動 前 60 分 鐘 分 別 補 充 咖 啡 因 ( Caff； 330 mg )和 安 慰 劑 ( Placebo )， 發現運動期間咖啡因組血液中游離脂肪酸和甘油顯著高於安 慰劑組，運動表現也優於安慰劑組，脂肪氧化率則是咖啡因 組 顯 著 高 於 安 慰 劑 組 ( Caff： 118 g or 1.31 g / min； Ple： 57 g or 0.75 g/ min )， 此 研 究 認 為 運 動 前 攝 取 咖 啡 因 能 刺 激 脂 肪 分 解 的 作 用 ， 且 提 高 脂 肪 代 謝 率 ( C o s t i l l , D a l s k y, & F i n k , 1978)。 在 另 一 早 期 研 究 中 ， Ivy 等 人 於. 1979 年 相 同 的 使 用. 9. 名有受過訓練的腳踏車選手，進行 2 小時計時腳踏車運動， 轉 速 維 持 80 rpm， 運 動 過 程 可 自 行 調 整 負 荷 強 度 ， 於 運 動 結 束後計算全程所負荷強度作為運動表現指標，並在運動前一 小 時 補 充 250 mg 咖 啡 因 ， 結 果 顯 示 咖 啡 因 組 在 運 動 後 期 脂 5.
(16) 肪 氧 化 率 顯 著 提 升 31%， 證 明 攝 取 運 動 前 咖 啡 因 能 增 加 脂 肪 代 謝 率 ( I v y, C o s t i l l , F i n k , & L o w e r, 1 9 7 9 ) 。 儘 管 所 攝 取 的 量 不同，但上述研究結果皆發現運動前攝取咖啡因，會增加血 液裡的游離脂肪酸與甘油，證明咖啡因增補能提高體內的脂 肪代謝率。. 然而，促使脂肪分解的一項主要前驅物即為腎上腺素。 腎 上 腺 素 能 增 加 脂 肪 組 織 內 的 脂 解 作 用 ， 分 解 三 酸 甘 油 脂 ( triglycerides )釋 放 更 多 游 離 脂 肪 酸 和 甘 油 ， 進 入 血 液 中 做 為耐力運動的能量來源。研究中指出攝取咖啡因能促進腎上 腺 素 的 分 泌 ( C o s t i l l , D a l s k y, & F i n f , 1 9 7 8 ; I v y, C o s t i l l , F i n k , & L o w e r , 1 9 7 9 ; E s s i g , C o s t i l l , & Va n H a n d e l , 1 9 8 0 ) 。 G r e e r 等 人 於 2000 年 ， 利 用 8 名 男 性 受 試 者 從 事 80%VO2max 腳 踏 車運動至衰竭，每次運動前. 90 分 鐘 分 別 攝 取 咖 啡 因 ( caff;. 6mg/ kg )和 茶 鹼 ( theophylline; 4.5mg/ kg, Theo )或 安 慰 劑 ， 共 為 三 組 測 試，結 果 發 現 攝 取 咖 啡 因 9 0 分 鐘 後 血 液 中 腎 上 腺 素 顯 著 高 於 茶 鹼 和 安 慰 劑 組 ； 運 動 中 第 3 0、 4 5 分 鐘 咖 啡 因 組 血液中腎上腺也顯著高於安慰劑組，此研究指出運動前攝取 咖 啡 因 對 腎 上 腺 素 的 刺 激 會 比 茶 鹼 來 得 更 有 顯 著 差 異 ( Gr e e r, Friars, & Graham, 2000)。 同 樣 的 ， Graham 和 Spriet 等 學 者 • 於 1991 年 以 7 名 專 業 長 跑 選 手 進 行 85% VO2max 的 運 動 測 試，測試分為兩種運動型式，分別為跑步和腳踏車運動，在 兩 項 運 動 前 1 小 時 以 隨 機 雙 盲 方 式 攝 取 咖 啡 因 ( 9 mg/ kg )或 安慰劑，結果分別發現在兩項運動前攝取咖啡因的受試者血 液 中 腎 上 腺 素 顯 著 高 於 安 慰 劑 組，而 運 動 第 1 5 分 鐘 腎 上 腺 素 也 顯 著 高 於 安 慰 劑 組 ( 跑 步 運 動 ： 2.51±0.33 vs 1.23±0.13 6.
(17) nM； 腳 踏 車 運 動 ： 2.53±0.32 vs 1.24±0.24 nM， 各 分 別 為 咖 啡 因 組. vs 安 慰 劑 組. )， 此 現 象 則 一 直 持 續 至 運 動 衰 竭. ( G r a h a m & S p r i e t , 1 9 9 1 )。 文 獻 證 實 咖 啡 因 的 攝 取 後 ， 會 增 加 腎上腺素分泌量，也間接支持咖啡因對脂肪分解的現象。. 第二節. 碳水化合物對代謝的影響. 一、碳水化合物的生理作用 (一 )運 動 時 的 能 量 來 源 碳水化合物是以肝醣方式儲存於人體的肝臟和肌肉內， 體 內 肌 肝 糖 儲 存 量 會 因 為 運 動 強 度 、 飲 食 和 環 境 而 有 所 變 化。人體的能量分配在一般休息狀態或進行低強度運動時會 偏向以脂肪代謝作為主要能量來源，但如果運動強度持續上 升時碳水化合物的氧化率會提升，而脂肪代謝率也會相對下 降，此時碳水化合物已轉至為體內主要的能量來源。雖然有 氧代謝所產生的能量較多，但產能速率太慢，無法應付高強 度運動所需的能量，所以當運動強度增加時體內會提高碳水 化合物氧化率來作為運動的能量，以彌補運動過程中脂肪氧 化速率不足的情況。. (二 )胰 島 素 對 碳 水 化 合 物 的 影 響 從 研 究 中 發 現 攝 取 葡 萄 糖 後 會 刺 激 胰 島 素 ( insulin )分 泌 ， 而 胰 島 素 具 有 刺 激 脂 肪 及 肌 細 胞 內 葡 萄 糖 的 運 輸 ( glucose transport ) 的 功 能 (Cushman, 1980)。 當 胰 島 素 和 胰 島 素 接 受 器 ( Insulin receptor )結 合 後 ， 刺 激 葡 萄 糖 轉 運 子 ( glucose transporter； GLUT )， 葡 萄 糖 轉 運 子 會 從 細 胞 內 移 至 細 胞 膜 ， 將 葡 萄 糖 攜 帶 入 細 胞 內 ( S . C u s h m a n & Wa r d z a l a , 7.
(18) 1980; Ec kel & Reinauer, 1983) ， 增 加 葡 萄 糖 的 使 用 率 。 而 研 究中也看到攝取碳水化合物後會刺激胰島素的分泌，抑制脂 肪 分 解 ( H a r g r e a v e s , H a w l e y, & J e u k e n d r u p , 2 0 0 4 ) 。 並 有 研 究 指 出 運 動 前 攝 取 高 升 糖 指 數 ( high glycaemic index； HGI )食 物 會 增 加 血 液 中 胰 島 素 濃 度，降 低 游 離 脂 肪 酸 代 謝 (Sherman, 1 9 9 1 )。 藉 由 運 動 前 攝 取 高 升 糖 指 數 ( H G I ) 食 物 ， 能 有 效 增 加 肌 肉 裡 的 肝 醣 濃 度 ( C h r y s s a n t h o p o u l o s , Wi l l i a m s , N o w i t z , & B o g d a n i s , 2 0 0 4 ; Wu , N i c h o l a s , Wi l l i a m s , To o k , & H a r d y, 2003)。. 二、攝取碳水化合物後對受質利用的影響 運動前攝取碳水化合物已被證實會提升運動時碳水化合 物 氧 化 率 ， 並 抑 制 脂 肪 氧 化 率 (Achten & Jeukendrup, 2003)， Horowitz 等 ( 1997 )也 證 實 當 攝 取 碳 水 化 合 物 後 血 糖 值 會 迅 速上升，刺激胰島素的分泌，當胰島素分泌量增加時會抑制 脂 肪 的 氧 化 ， 使 脂 肪 氧 化 率 下 降 (Horowitz, Mora-Rodriguez, B y e r l e y, & C o y l e , 1 9 9 7 ) ， 藉 此 提 升 碳 水 化 合 物 的 氧 化 速 率 。 當碳水化合物氧化率提升時，會降低血液裡的游離脂肪酸轉 換 成 乙 醯 輔 酶 A( Acetyl-CoA )進 入 克 式 循 環 ( Krebs Cycle ) 的 速 率 ， 限 制 脂 肪 分 解 和 脂 肪 氧 化 率 (Coyle, Jeukendrup, Wa g e n m a k e r s , & S a r i s , 1 9 9 7 ) 。 在 漸 增 腳 踏 車 測 試 運 動 前 4 5 分 鐘 攝 取 7 5 g 的 葡 萄 糖，發 現 脂 肪 氧 化 率 降 低 了 2 8 % ( A c h t e n & Jeukendrup, 2003)。 此外，攝取碳水化合物能增加外源性的葡萄糖作為能量 來源，降低體內肝醣和肌肝醣的氧化率。研究發現男性受試 者 於 運 動 中 攝 取 碳 水 化 合 物 ， 能 降 低 並 節 省 肝 醣 使 用 率 8.
(19) (Bosch, Dennis, & Noakes, 1994)。 Hargreaves 等 ( 1984 ) 研 究以十名男性受試者，進行 4 小時的腳踏車運動，於運動開 始 時 及 開 始 後 的 每 一 個 小 時 補 充 43 g 的 蔗 糖 或 安 慰 劑，結 果 發現補充碳水化合物組能有效維持運動期間血糖濃度，並防 止 肝 醣 的 耗 竭 (Hargreaves,. Costill,. Coggan,. Fink,. &. N i s h i b a t a , 1 9 8 4 )。 C a m p b e l l 等 人 亦 發 現 在 女 性 受 試 者 中 也 得 到 了 相 同 的 結 果 (Campbell, Angus, & Febbraio, 2001)。 Wallis 等 ( 2006 )以 16 名 耐 力 運 動 選 手 ( 男 女 各 8 人. ). 進 行 2 小 時 腳 踏 車 運 動 強 度 為 5 5 % V O 2 m a x， 運 動 前 攝 取 6 0 0 ml 含 葡 萄 糖 ( 10.9% )溶 液 ， 並 於 運 動 後 每 15 分 鐘 補 充 1.5 g / min ( 90 g/ h )葡 萄 糖 溶 液 或 水 ， 發 現 攝 取 葡 萄 糖 組 的 受 試 者 碳 水 化 合 物 代 謝 率 、 血 液 中 葡 萄 糖 及 胰 島 素 濃 度 顯 著 提 升，脂肪代謝及血液中游離脂肪酸和甘油濃度相對下降，此 研 究 發 現 運 動 前 、 中 補 充 碳 水 化 合 物 能 提 升 外 源 性 ( exogenous )葡 萄 糖 利 用 ， 降 低 肌 肝 醣 使 用 率 ， 減 少 脂 肪 代 謝 作 用 ( Wa l l i s ,. Dawson,. Achten,. We b b e r ,. &. Jeukendrup,. 2006)。 另 外 ， 相 同 研 究 結 果 也 出 現 在 Coyle 等 ( 1986 )以 7 名 耐 力 運 動 員 ， 進 行 70%腳 踏 車 運 動 至 衰 竭 ， 先 於 運 動 開 始 前 20 分 鐘 攝 取 20 g / kg ( 濃 度 為 6.4% )的 碳 水 化 合 物 或 安 慰 劑，結果發現運動前補充碳水化合物組運動衰竭時間顯著增 加 ， 而 外 源 性 碳 水 化 合 物 氧 化 率 顯 著 提 升 (Coyle, Coggan, H e m m e r t , & I v y, 1 9 8 6 ) 。 可 以 發 現 當 攝 取 碳 水 化 合 物 後 能 提 升碳水化合物的氧化率，並可藉此維持血糖水準，穩定能量 的輸出並可促進運動能力的提升。 三、補充咖啡因加碳水化合物對運動中代謝的影響 9.
(20) 從以上文獻可以得知，咖啡因和碳水化合物如果個別攝 取 時 會 產 生 兩 種 不 同 的 代 謝 途 徑 。 咖 啡 因 誘 導 脂 肪 代 謝 提 升，而碳水化合物則增加碳水化合物代謝率，當兩種不同代 謝途徑的增補劑相加一起攝取則產生了不同的衝擊。咖啡因 除了能增加脂肪代謝外，研究發現它同時能提升鈉葡萄糖轉 運 蛋 白 ( S G LT 1 ) 和 葡 萄 糖 轉 運 子 ( G L U T 2 ) 活 性 ， 而 葡 萄 糖 在 腸 黏 膜 主 要 是 靠. S G LT 1 來 轉 運 完 成 的 ， 當 咖 啡 因 提 升. c A M P 濃 度 時 ， 會 短 暫 刺 激 提 升 S G LT 1 的 活 性 ， 促 進 小 腸 對 葡 萄 糖 的 吸 收 (Stumpel, Burcelin, Jungermann, & Thorens, 2001)。 Van Nieuwenhoven 等 人 於. 2000 年 也 提 出 相 同 看 法 ， 指. 出 咖 啡 因 能 有 效 提 升 小 腸 對 葡 萄 糖 的 吸 收 。 Van Nieuwenhoven 等 人 的 研 究 是 在 90 分 鐘 ( 70%Wmax )的 耐 力 運 動 中 攝 取 低 量 咖 啡 因 ( 1.4 mg / kg )加 葡 萄 糖 ( 45 g )飲 料 ， 結 果 發 現 和 單 獨 攝 取 葡 萄 糖 組 比 較 ， 攝 取 咖 啡 因 +葡 萄 糖 的 組 別 在 運 動 中 顯 著 提 高 小 腸 對 葡 萄 糖 的 吸 收 率 (約 提 升 26% ) ( Va n N i e u w e n h o v e n , B r u m m e r , & B r o u n s , 2 0 0 0 ) 。 因此，在針對運動過程中關於代謝的研究上，攝取葡萄 糖加上咖啡因後可能比單獨攝取葡萄糖增加更多的碳水化合 物 使 用 率 。 Yeo 等 人 在 2005 的 研 究 中 ， 以. 8 名自行車選手. 進 行 腳 踏 車 運 動 的 測 試 ， 強 度 為 5 5 % V O 2 m a x， 共 持 續 1 2 0 分 鐘，所有受試者皆進行三組不同的測驗，分別為攝取葡萄糖 組 ( Glu; 48 g/ h )、 葡 萄 糖 +咖 啡 因 組 ( Glu+Caf, Glu:48 g / h; Caff:5 mg/ kg / h )和 控 制 組 ( water )三 組 ， 結 果 顯 示 Glu+Caff 組 運 動 期 間 顯 著 提 升 碳 水 化 合 物 代 謝 率 ， 並 高 於 其 他 兩 組 ( Ye o , J e n t j e n s , Wa l l i s , & J e u k e n d r u p , 2 0 0 5 ) 。 10.
(21) 然而，也有研究指出運動期間攝取咖啡因加碳水化合物 並 不 能 有 效 提 升 碳 水 化 合 物 的 代 謝 率 ， Slivka 等 人 以 9 名 男 性 業 餘 腳 踏 車 運 動 員 ， 先 進 行 2 小 時 50%VO2max 的 腳 踏 車 運 動 ， 並 於 運 動 期 間 每 30 分 鐘 攝 取 500 ml 添 加 四 種 不 同 增 補 劑 飲 料 ， 分 別 為 咖 啡 因 組 ( CAF， 200 mg×4) 、 葡 萄 糖 組 ( CHO， 60 g / h×2 )、 咖 啡 因 +葡 萄 糖 組 ( CAF+CHO )及 安 慰 劑 組 ( P )， 在 運 動 前 後 做 肌 肉 穿 刺 及 唾 液 採 集 ； 待 休 息. 30. 分 鐘 後 立 即 進 行 2 0 公 里 計 時 腳 踏 車 運 動 以 觀 看 運 動 表 現，研 究 發 現 ， 呼 吸 交 換 率 CAF+CHO 組 低 於 CHO 組 ； 脂 肪 代 謝 率 為 CAF+CHO( 0.682±0.173 g/ min )高 於 CHO 組 ( 0.622±0.234 g/ min )， 雖 無 顯 著 差 異 ， 但 可 看 出 運 動 中 CAF+CHO 組 較 偏 向 脂 肪 代 謝 作 用 ( S l i v k a , H a i l e s , C u d d y, & R u b y, 2 0 0 8 ) 。 另 外 ， Jacobson 等 人 於 2001 年 的 研 究 以 8 位 耐 力 運 動 選 手 ， 完 成 4 組 不 同 增 補 劑 之 運 動 測 試 ， 以 120 分 鐘 腳 踏 車 運 動 ， 強 度 設 為 7 0 % V O 2 m a x， 當 完 成 1 2 0 分 鐘 運 動 後 立 即 進 行 功 率 ( 7 kJ / kg )計 時 測 試 ， 並 要 求 受 試 者 以 最 快 的 速 度 完 成 自 己 的 功 率 目 標；測 試 前 一 小 時 攝 取 碳 水 化 合 物 ( C H O ; 2 . 6 g/ kg )、 碳 水 化 合 物 加 咖 啡 因 ( CHO+CAF; 2.6 g / kg+6 mg/ k g ) 、 脂 肪 ( F AT ; 1 . 2 g ) 和 脂 肪 加 咖 啡 因 ( F AT + C A F ; 1 . 2 g + 6 mg/ kg )； 研 究 指 出 CHO 和 CHO+CAF 碳 水 化 合 物 氧 化 率 高 於 其 他 兩 組 ， 數 據 顯 示 雖 然 CHO+CAF 有 較 高 的 碳 水 化 合 物 氧 化 率 但 卻 仍 低 於 單 獨 攝 取 碳 水 化 合 物 的. CHO. 組. ( CHO+CAF: 239 ±30 µmo/ kg vs CHO: 243 ±39 µmo/ kg )， 結果發現咖啡因結合碳水化合物或脂肪對代謝的基質利用並 無 顯 著 效 用 (Jacobson,. Febbraio,. 2001)。 11. Arkinstall,. &. H a w l e y,.
(22) 上述文獻中，發現運動前和運動中攝取咖啡因加碳水化 合物對代謝的影響結果並不相同，因此本研究將會進一步探 討運動前於低氧環境攝取咖啡因加碳水化合物對代謝的影響 效果為何。. 第三節. 低氧對代謝的影響. 身體暴露於低氧環境下會因為氧氣不足而造成許多生理 變化，由於高海拔低氧刺激會使血氧飽和濃度下降，連帶著 造成最大攝氧量下降，加上因身體得不到充足的氧氣及血液 含氧量的降低，迫使心臟必須提高心跳數來彌補含氧不足的 問題，進而造成心跳率上升的情況。 Hughson,. Ya m a m o t o ,. McCullough,. Sutton,. &. Reeves. （ 1994） 研 究 指 出 ， 在 低 氧 環 境 下 心 跳 率 上 升 的 原 因 ， 主 要 是低氧的刺激會增加交感神經活性及兒茶酚胺的分泌所致， 急性低氧環境會使交感神經作用增強及副交感神經減弱，但 隨 著 低 氧 適 應 後 此 現 象 就 會 衰 退 。 Mazzeo 也 相 同 提 出 在 急 性低氧會造成兒茶酚胺增加，而腎上腺素分泌量則為最顯著 (Mazzeo, 2005)。 當 體 內 腎 上 腺 素 量 增 加 時 會 讓 碳 水 化 合 物 的 使 用 率 提 升，並 同 時 抑 制 脂 肪 氧 化 率 的 比 例 (Roberts, et al., 1 9 9 6 )。 然 而 ， 在 低 氧 環 境 下 運 動 ， 會 造 成 運 動 能 力 的 下 降 和 提高工作困難度，此時若要維持較好的運動表現就必須消耗 比常氧下更多的能量，才能維持較佳的運動表現，因此低氧 刺激下會使更多的碳水化合物使用率增多，以來支持運動所 需 的 能 量 (Brook, et al., 1991)。 早 期 研 究 也 指 出 ， 在 高 海 拔 環 境 下 進 行 中 等 強 度 運 動 時 會 提 高 碳 水 化 合 物 的 氧 化 率 (Brook, et al., 1991; Roberts, et al., 1996) 12.
(23) Lundby and Van Hall ( 2002 ) 8 名 居 住 平 地 的 體 育 學 院 學 生 ( 6 男 1 女 )， 以 腳 踏 車 測 功 計 作 為 測 試 ； 實 驗 共 分 五 組 ， 受 試 者 需 完 成 60 分 鐘 運 動 測 試 ， 分 別 在 海 平 面 ( sea level ; SL )、 急 性 ( acute ; AH )低 氧 、 4 週 低 氧 適 應 ( CH )進 行 絕 對 ( absolute )運 動 強 度 ， 及 另 於 急 性 ( acute )低 氧 、 4 週 低 氧 適 應 進 行 相 對 ( relative ) 運 動 強 度 ， 絕 對 運 動 強 度 以 海 平 面 50%VO2max 進 行 測 試 ， 相 對 運 動 強 度 則 以 不 同 環 境 測 定 之 50%VO2max 進 行 測 試 ， 和 控 制 組 比 較 ， 在 絕 對 強 度 下 運 動 ， 低 氧 環 境 刺 激 致 使 碳 水 化 合 物 氧 化 率 顯 著 增 加 ( SL:2.0±0.2； AH:2.5±0.2； CH:2.3±0.1 g / min )， 脂 肪 代 謝 顯 著 下 降 ( S L : 0 . 3 ± 0 . 0； A H : 0 . 2 ± 0 . 0 1； C H : 0 . 2 ± 0 . 0 1 g / m i n ) ， 但 是 在 相 對 強 度 的 運 動 ， 對 代 謝 率 並 無 顯 著 影 響 (Lundby & Va n H a l l , 2 0 0 2 ) Roberts 等. ( 1996 ) 研 究 指 出 ， 由 11 名 未 受 過 運 動 訓. 練 及 無 吸 菸 習 慣 的 男 性 海 平 面 ( sea level )居 民 分 為 兩 組 ， 為 服 用 ß 受 體 阻 斷 劑 ( ß-blocker )和 控 制 組 ， 以 隨 機 雙 盲 分 配 ß-blocker ( 80 mg/ 3 time/ day )和 安 慰 劑 片 ， 分 別 於 海 平 面 、 急 性 低 氧 ( acute )和 適 應 三 週 後 的 慢 性 低 氧 ( chronic altitude ) 環 境 下 進 行 50%VO2max 絕 對 強 度 運 動 。 結 果 呈 現 ， 低 氧 環 境下兩組受試者安靜時脂肪氧化率顯著下降接近於 時顯著提高碳水化合物的氧化率，並且發現攝取. 0， 運 動 ß-blocker. 受試者狀況更加明顯。此研究結論為長期低氧適應會降低休 息或運動時的脂肪代謝率，而相較於海平面，低氧環境的碳 水 化 合 物 氧 化 率 於 運 動 時 皆 顯 著 增 加 (Roberts, et al., 1996)。 另 外 ， 在 8 名 健 康 自 願 者 (5 男 3 女 ) ， 服 下 75 g 葡 萄 糖 溶 液 後 隨 機 分 配 進 入 低 氧 模 擬 艙 ， 模 擬 環 境 為 急 性 低 氧 ( A LT 13.
(24) 43,00 m )和 常 氧 控 制 組 ， 並 在 模 擬 環 境 裡 的 每. 30、 60、 90. 和 1 2 0 分 鐘 測 量 血 中 激 素 值 。 結 果 發 現 在 A LT 組 的 平 均 腎 上 腺素顯著提高，象徵促進肝醣的分解率，此結論指出在急性 低 氧 刺 激 會 迅 速 改 變 代 謝 水 準 ， 以 提 高 碳 水 化 合 物 代 謝 率 ( K e l l y, e t a l . , 2 0 0 9 ) 。 de Glisezinski ( 1999 ) 以 八 名 自 願 受 試 者 ， 用 漸 增 性 方 式 模 擬 8848 m 高 度 ， 於 低 氧 艙 進 行 31 天 的 高 海 拔 適 應 ， 實 驗 前 先 在 4350 m 進 行 7 天 適 應 ， 後 立 即 以 漸 增 方 式 提 高 模 擬 高 度 直 至 8 8 4 8 m， 結 果 發 現 ， 經 過 3 1 天 的 低 壓 低 氧 適 應 ， 導 致 脂 肪 代 謝 率 顯 著 下 降 (de Glisezinski, et al., 1999)。. 第四節. 本章總結. 綜觀上述文獻指出攝取咖啡因能有效刺激脂肪分解，增 加脂肪代謝率，提供運動中的能量來源，同時降低肌肝醣的 利用，以延緩疲勞產生，提高耐力運動的表現。攝取碳水化 合物則明顯抑制脂肪代謝，並提升碳水化合物的代謝水準。 有關咖啡因與碳水化合物同時攝取時對於代謝反應卻有不一 致的研究結果，推論其原因可能是各研究的運動方式、補充 劑量和攝取時間不盡相同，且低氧的刺激下會造成更多的碳 水化合物氧化，同時因缺氧狀態下抑制脂肪的氧化，使體內 肌肝醣消耗速率加快，因而影響運動能力。以上可以明顯看 出低氧及攝取碳水化合物兩項因素皆會提升碳水化合物氧化 率，反之，咖啡因則能提升脂肪代謝反應。由於目前尚未有 在低氧環境下攝取咖啡因對代謝的相關研究，因此本研究將 針對此環節來做初步的探討。. 14.
(25) 第参章. 研究方法與實驗步驟 第一節. 實驗對象. 本 研 究 以 2 2 名 健 康 男 性 大 學 生 為 實 驗 對 象，受 試 者 平 時 有規律運動習慣，但沒有接受過專業的運動訓練。受試者另 • 外 分 成 高 、 低 攝 氧 量 兩 組 (高 VO2max： 40 ml/min/kg 以 上 ； • 低 V O 2 m a x： 4 0 m l / m i n / k g 以 下 ， 測 驗 標 準 均 以 低 氧 環 境 內 所 得 數 值 為 基 準 )。 每 位 受 試 者 皆 沒 有 心 血 管 疾 病 、 糖 尿 病 、 高 血壓、氣喘等疾病。平常無飲用咖啡及大量攝取咖啡因等相 關食物之習慣。實驗期間沒有服用任何藥物，並且無吸菸和 酗酒等不良嗜好。受試者皆需填寫健康調查問卷，並簽署自 願同意書。. 第二節. 實驗設計. 本實驗採單盲方式進行，實驗共有四個組別，分別為咖 啡 因 組 、 葡 萄 糖 組 、 咖 啡 因 +葡 萄 糖 組 及 安 慰 劑 組 ， 每 位 受 試 者 皆 以 隨 機 方 式 完 成 四 組 測 試，並 於 運 動 前 6 0 分 鐘 攝 取 增 補 劑 或 安 慰 劑 。 漸 增 式 腳 踏 車 運 動 介 入 ， 起 始 負 荷 強 度 為 75 W， 每 三 分 鐘 增 加 2 5 W 直 到 受 試 者 運 動 衰 竭 為 止 。 衰 竭 定 義 為：受 試 者 自 覺 量 表 達 18 以 上，並 確 定 無 法 在 持 續 踩 動 腳 踏 車 、 心 跳 率 需 達 ( 220-年 齡 / kg / min ) 及. ) ±10、 攝 氧 量 停 止 上 升 ( <2.1 ml. RER 值 超 過 1.15 以 上 。 每 個 測 試 組 間 至 少. 需間隔三天到一星期，以避免受試者產生訓練效應。. 第三節. 實驗步驟. 每位受試者皆需完成四組不同增補劑攝取之測試，各組 15.
(26) 實 驗 都 於 低 氧 艙 下 隨 機 進 行 ； 分 別 為 咖 啡 因 組 ( C )、 葡 萄 糖 組 ( G )、 咖 啡 因 +葡 萄 糖 組 ( C+G )及 安 慰 劑 組 ( P )。 實 驗 前 先徵詢受試者參與實驗之意願，同時告知受試者詳細的實驗 程序和風險，並於了解確認後簽署實驗同意書。測試前. 10. 小 時 需 空 腹，並 於 運 動 前 2 4 小 時 內 不 可 食 用 咖 啡 及 任 何 含 咖 啡因食品，亦需避免食用含酒精或刺激性飲料及食物。於測 試 前 2 4 小 時 紀 錄 受 試 者 飲 食 內 容，並 要 求 其 四 組 測 試 前 一 天 飲食內容需相同，以降低外在干擾機率。 受 試 者 於 實 驗 前 晚 空 腹 1 0 小 時，隔 天 早 上 8 點 進 入 實 驗 室，靜待 5 分鐘後先進行身高、體重及身體組成測量，接著 攝取增補劑，並安靜休息. 60 分 鐘 後 進 行 運 動 測 試 。 運 動 前. 10 分 鐘 需 先 進 入 低 氧 艙，適 應 低 氧 環 境 並 配 帶 血 氧 飽 和 濃 度 監控器，觀察血氧濃度是否維持在安全數值內。運動測試是 利 用 腳 踏 車 測 功 機 進 行 測 試 ， 起 始 強 度 為 7 5 W， 每 3 分 鐘 為 一階段並增加. 25 W， 以 漸 增 強 度 的 方 式 直 到 受 試 者 衰 竭 為. 止。運動期間隨時監控血氧飽和濃度，並全程利用攜帶式氣 體 分 析 儀 ( Cortex, Metamax 3B, Leipzig, Germany )， 及 心 跳 表 ( POLAR S725XTM Oulu, Finland )， 記 錄 每 階 段 第 2 分 鐘 的 氣 體 數 據 和 每 階 段 倒 數 第 15 秒 之 心 跳 率 。. 16.
(27) 常氧 常狀 氧. 低氧狀態. 50min. 漸. 10min. 氣 體 收 集 及 紀 錄 心 跳 率、自 覺 量 表 和. 低氧適應，配戴監測儀器，並採集三分鐘安靜. 常氧狀態下安靜休. 增補劑攝取. 身高體重及身體組成測. 實驗流程圖. 第四節. 增補劑介入. 本 研 究 共 分 為 四 組 不 同 的 營 養 介 入 ， 分 別 為 咖 啡 因 組 ( C )、 葡 萄 糖 組 ( G )、 咖 啡 因 +葡 萄 糖 組 ( C + G )及 安 慰 劑 組 ( P)。 咖 啡 因 劑 量 為 每 公 斤 體 重 6 毫 克 17. ( 6 mg / kg ) ， 以 膠.
(28) 囊 方 式 攝 取；葡 萄 糖 劑 量 為 7 5 公 克 ( g )，並 溶 於 5 0 0 毫 升 ( m l ) 無 熱 量 檸 檬 水 中 。 每 組 均 給 予 兩 項 增 補 劑 (膠 囊 及 檸 檬 水 )， 並以各組不同增補劑做調整。四組間所有的飲料和膠囊都有 著 相 似 的 味 道 和 外 觀 ， 以 確 保 受 試 者 無 法 得 知 增 補 劑 的 內 容。四組增補劑的內容物如下： 一 、 咖 啡 因 組 ： 給 予 受 試 者 含 咖 啡 因 ( 6 mg/ kg )膠 囊 和 無 熱 量 檸 檬 水 / 500 ml。 二、葡 萄 糖 組：給 予 受 試 者 空 膠 囊，及 含 有 75 g glucose / 500 ml 檸 檬 水 。 三 、 咖 啡 因 +葡 萄 糖 組 ： 給 予 受 試 者 含 咖 啡 因 ( 6 mg / kg )膠 囊加含有 75 g glucose / 500 ml 檸 檬 水 。 四 、 安 慰 劑 組 ： 給 予 受 試 者 空 膠 囊 和 無 熱 量 檸 檬 水 / 500 ml。. 第五節. 運動介入. 受 試 者 在 攝 取 增 補 劑 後 安 靜 休 息 6 0 分 鐘，並 於 運 動 開 始 前 1 0 分 鐘 進 入 低 氧 艙 內。在 運 動 開 始 前 讓 受 試 者 配 戴 攜 帶 式 氣 體 分 析 儀 ( Cortex, Metamax 3B, Leipzig, Germany )， 並 開 始 進 行 漸 增 式 腳 踏 車 運 動 。 運 動 負 荷 由 75 W 開 始 ， 每 三 分 鐘 增 加 2 5 W， 且 要 求 受 試 者 將 轉 速 維 持 在 7 0 r p m， 直 到 受 試 者 衰 竭 為 止 。 每 階 段 同 時 紀 錄 自 覺 量 表 ( Rating of Perceived Exertion， RPE )和 飽 足 量 表 。. 第六節. 低氧環境介入. 本 實 驗 以 急 性 低 氧 方 式 刺 激 ， 利 用 低 氧 艙 ( Colorado Altitude Training, Boulder, CO, USA )模 擬 低 氧 環 境 ， 將 海 拔 18.
(29) 高 度 設 定 為 2300 m(約 15%氧 氣 )。 實 驗 全 程 皆 在 低 氧 艙 內 開 啟 冷 氣 ， 溫 度 調 整 為 2 5 ° C， 並 記 錄 每 次 實 驗 的 溫 度 及 濕 度 ， 以確保每次運動環境皆為相同。. 第七節. 氣體分析. 受 試 者 配 戴 攜 帶 式 氣 體 分 析 儀 ( Cortex, Metamax 3B, Leipzig, Germany ) ， 採 集 運 動 時 的 氣 體 量 ， 主 要 分 析 氧 • • ( VO2 )、 二 氧 化 碳 ( VCO2 )濃 度 ， 並 記 錄 每 組 的 最 大 攝 氧 量 • ( VO2max )。 利 用 (Frayn, 1983) 的 化 學 計 量 公 式 計 算 碳 水 化 合物和脂肪的氧化速率，公式如下： • • 一 、 脂 肪 氧 化 速 率 ＝ 1.6958×VO2－ 1.701×VCO2 • • 二 、 碳 水 化 合 物 氧 化 速 率 ＝ 4.585×VCO2－ 3.226×VO2. 第八節. 統計方法. 本 研 究 所 測 得 資 料 將 以 二 因 子 重 複 量 數 變 異 數 分 析 ( t w o - w a y A N O VA ) ， 比 較 全 部 受 試 者 、 高 攝 氧 量 組 及 低 攝 氧 量 組 攝 取 四 種 不 同 增 補 劑 後 各 時 間 點 之 間 的 差 異 ， 並 使 用 Bonferroni 法 進 行 事 後 比 較 。 以. S P S S fo r Wi n d o w s 1 5 . 0 版. 進行分析工作，顯著水準訂定為. p < 0.05， 數 值 皆 以 平 均 數. 標 準 差 (mean±SD)呈 現 。. 第九節. 曲線下面積計算. 脂肪氧化率圖及碳水化合物氧化率圖，以收集氣體樣本 的 第 1個 時 間 點 至 第 6個 時 間 點 對 應 (0~15分 鐘 )， 依 照 圖 形 的 不 同 採 用 三 角 形 或 梯 形 面 積 公 式 計 算 曲 線 以 下 至 0以 上 面 積 。 若 值 低 於 小 於 0為 負 值 時 ， 則 該 部 分 面 積 視 為 0。 19.
(30) 第肆章 第一節. 結果. 受試者資料. 本 研 究 以 22 名 健 康 男 性 為 受 試 者 ， 年 齡 22.2±1.7 歲 、 身 高 174.5±5.7 cm、 體 重 72.5±8.3 kg， 高 攝 氧 量 組 12 名 • • ( V O 2 m a x： 4 6 ± 0 . 9 7 m l / m i n / k g )、 低 攝 氧 量 組 1 0 名 ( V O 2 m a x ： 36±0.93 ml/min/kg )(表 一 )。. 第二節. 脂肪氧化率之曲線下面積. 一、全部受試者 全部受試者脂肪氧化的曲線下面積如圖一。各組平均為 P 組 4.99±4.69g、 C 組 6.18±4.18 g、 C+G 組 4.29±4 g、 G 組 2.98±3.34 g。 結 果 顯 示 C 組 顯 著 高 於 C+G 組 ( p=0.009 )及 G 組 (p=0.007)。 二、高攝氧量組 高 攝 氧 量 組 受 試 者 為 1 2 名，脂 肪 氧 化 的 曲 線 下 面 積 如 圖 二 。 各 組 平 均 為 P 組 7.99±4.4 g、 C 組 8.02±4.39 g、 C+G 組 6 . 4 5 ± 3 . 4 7 g、 G 組 4 . 1 9 ± 2 . 8 1 g， 結 果 顯 示 P 組 顯 著 高 於 G 組 (p=0.013)； C 組 顯 著 高 於 G 組 ( p=0.019 )。 三、低攝氧量組 低 攝 氧 量 組 受 試 者 為 1 0 名，脂 肪 氧 化 的 曲 線 下 面 積 如 圖 三 。 各 組 平 均 為 P 1.39±1.09 g、 C 3.96±3.19 g、 C+G 1.7±2.9 g、 G 1.87±2.72 g。 結 果 顯 示 C 組 顯 著 高 於 P 組 (p=0.038)及 C+G 組 ( p=0.025 )。. 第三節. 碳水化合物之曲線下面積 20.
(31) 一、全部受試者 全 部 受 試 者 為 2 2 名，碳 水 化 合 物 氧 化 的 曲 線 下 面 積 如 圖 四。各 組 面 積 平 均 為 P 組 3 0 . 2 8 ± 1 3 . 6 9 g、C 組 2 7 . 0 3 ± 1 2 . 6 2 g、 C+G 組 34.01±12.55 g、 G 組 38.28±13.43 g， 結 果 顯 示 C+G 組 顯 著 高 於 C 組 ( p=0.016)； G 組 顯 著 高 於 C 組 ( p=0.001 )。 二、高攝氧量組 高 攝 氧 量 組 受 試 者 為 1 2 名，碳 水 化 合 物 氧 化 的 曲 線 下 面 積 如 圖 五 。 各 組 面 積 平 均 為. P 組. 22.28±11.49 g 、 C 組. 2 2 . 5 9 ± 1 3 . 3 2 g、 C + G 組 2 8 . 0 7 ± 1 0 . 7 1 g、 G 組 3 5 . 5 4 ± 1 3 . 0 6 g ， 結 果 顯 示 G 組 顯 著 高 於 P 組 ( p=0.044 ) 三、低攝氧量組 低 攝 氧 量 組 受 試 者 為 1 0 名，碳 水 化 合 物 氧 化 的 曲 線 下 面 積 如 圖 六。各 組 面 積 平 均 為 P 組 3 9 . 8 7 ± 9 . 3 8 g、C 組 3 2 . 3 6 ± 9 . 8 5 g、 C+G 組 41.13±11.12 g、 G 組 41.57±13.81 g， 結 果 顯 示 P 組 顯 著 高 於 C 組 ( p = 0 . 0 4 1 )、 C + G 組 顯 著 高 於 C 組 ( p = 0 . 0 0 6 ) 、 G 組 顯 著 高 於 C 組 (p=0.007)。 第四節. 高、低攝氧量組對各增補劑的脂肪氧化率表現. 一、高攝氧量組 高 攝 氧 量 組 受 試 者 為 1 2 名，對 於 各 增 補 劑 脂 肪 氧 化 率 的 表 現 如 圖 七 。 C 組 各 點 (左 至 右 )皆 顯 著 高 於 G 組 (第 1 點 至 最 後 一 點 p 值 分 別 為 ： 0.015、 0 . 0 1、 0 . 0 4 6、 0 . 0 1 7、 0 . 0 1 6 )； P 組 從 第 1 點 至 第 5 點 ( 左 至 右 ) 皆顯著高於 G 組 (p 值 分 別 為 ： 0.003、 0.001、 0.008、 0.017、 0.021)。 二、低攝氧量組 低 攝 氧 量 組 受 試 者 為 1 0 名，對 於 各 增 補 劑 脂 肪 氧 化 率 的 21.
(32) 表 現 如 圖 八 。 第 1 點 為 C 組 顯 著 高 於 G 組 (p=0.018)； 第 2 點 為 C 組 顯 著 高 於 C+G 組 (p=0.038)； 第 3 點 為 C 組 顯 著 高 於 C+G 組 (p=0.03)。. 第五節. 運動表現. 一、全部受試者 全部受試者運動表現如圖九。各組運動時間平均為 P 組 1159.2±156 秒 ； C 組 運 動 時 間 平 均 為 1195.2±156 秒 ； C+G 組 為 1215.7±177 秒 ； G 組 為 1165.0±187 秒 。 C 組 顯 著 高 於 P 組 ( p = 0 . 0 1 3 ) 及 G 組 ( p = 0 . 0 3 )；C + G 組 顯 著 高 於 P 組 ( p = 0 . 0 0 5 ) 和 G 組 ( p=0.003 )兩 組 。 二、高攝氧量組 高 攝 氧 量 組 的 運 動 表 現 如 圖 十 。 各 組 平 均 為. P. 組. 1248±114 秒 、 C 組 1286±91 秒 、 C+G 組 1300±145 秒 、 G 組 1260±125 秒 ， 各 組 間 皆 未 達 顯 著 差 異 (p=0.516)。 三、低攝氧量組 低 攝 氧 量 組 的 運 動 表 現 如 圖 十 一 。 各 組 平 均 為. P 組. 967±309 秒 、 C 組 995±346 秒 、 C+G 組 1025±329 秒 、 G 組 966±332 秒 ， 結 果 顯 示 C+G 組 顯 著 高 於 P 組 (p=0.023)。 四、自覺量表 安 靜 及 運 動 過 程 中 ， 4 組 間 的 自 覺 量 表 皆 未 達 顯 著 差 異，如表十一。. 第六節. 氣體樣本結果. 一 、 呼 吸 交 換 率 (RER) (一 )全 部 受 試 者 22.
(33) 全部受試者的各階段呼吸交換率變化如圖十二。安靜時 C+G 組 顯 著 高 於 P 組 (p=0.034)及 C 組 (p=0.005)， 同 樣 的 G 組 也 顯 著 高 於 P 組 ( p = 0 . 0 1 1 ) 及 G 組 ( p = 0 . 0 0 1 )；運 動 第 3 分 鐘 C + G 組 顯 著 高 於 C 組 ( p = 0 . 0 0 1 )，G 組 顯 著 高 於 P 組 ( p = 0 . 0 1 5 ) 及. C 組 (p=0.001) ； 運 動 第. 6 分 鐘. G 組 顯 著 高 於. C 組. (p=0.002)； 運 動 第 9 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 C 組 (p=0.005)； 運 動 第 12 分 鐘 G 顯 著 高 於 C 組 (p=0.011)； 運 動 第 15 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 C 組 (p=0.043)。 (二 )高 攝 氧 量 組 高攝氧量組的各階段呼吸交換率變化如圖十三。安靜時 G 組 顯 著 高 於 P(p=0.009)及 C 組 (p=0.03)； 運 動 第 3 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P(p=0.004)及 C 組 (p=0.02)； 運 動 第 6 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P ( p = 0 . 0 0 9 ) 及 C 組 ( p = 0 . 0 1 2 )； 第 9 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P(p=0.0016)及 C 組 (p=0.027)； 第 12 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P(p=0.018)及 C 組 (p=0.036)； 第 15 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 C 組 (p=0.032)。 (三 )低 攝 氧 量 組 低攝氧量組的各階段呼吸交換率變化如圖十四。安靜時 G 組 顯 著 高 於 C 組 ( p = 0 . 0 1 9 )； 運 動 第 3 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 C 組 (p=0.01)， C+G 組 顯 著 高 於 C 組 (p=0.06)； 運 動 第 6 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 C 組 (p=0.006)； 運 動 第 9 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 C 組 ( p = 0 . 0 1 9 )； 運 動 第 1 2 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 C 組 (p=0.021)。. 二、不同攝氧量對脂肪氧化率的影響 各組不同攝氧量對脂肪氧化率的分布：高攝氧量組如圖 23.
(34) 十五，低攝氧量組如圖十六。 • 三 、 VO2 (一 )全 部 受 試 者 • 全 部 受 試 者 的 VO2 各 時 間 點 資 料 如 表 五 。 結 果 顯 示 全 部 受 試 者 只 有 在 第 一 階 段 時 C 組 顯 著 高 於 G 組 ( p=0.03 )。 (二 )高 攝 氧 量 組 • 高 攝 氧 量 組 的 VO2 各 時 間 點 資 料 如 表 六 各 時 間 點 皆 未 達 顯著差異。 (三 )低 攝 氧 量 組 • 低 攝 氧 量 組 的 VO2 各 時 間 點 資 料 如 表 七 。 各 時 間 點 皆 未 達顯著差異。 • 四 、 VCO2 (一 )全 部 受 試 者 • 全 部 受 試 者 的 VCO2 各 時 間 點 資 料 如 表 八 。 結 果 顯 示 第 0 分 鐘 C+G 組 顯 著 高 於 P 組 ( p=0.012 )； 第 3 分 鐘 G 組 顯 示 高 於 P 組 ( p = 0 . 0 2 2 ) 和 C 組 ( p = 0 . 0 6 )； 第 6 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P 组 ( p=0.023 )和 C 組 ( p=0.039 )； 第 9 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P 组 ( p=0.03 )和 C 組 ( p=0.001 )； 第 12 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P 组 ( p=0.007 )； 第 15 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P 组 ( p=0.042 ) 和 C 組 ( p=0.009 )。 (二 )高 攝 氧 量 組 • 高 攝 氧 量 的 VCO2 各 時 間 點 資 料 如 表 九 。 結 果 顯 示 於 第 9 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P 组 ( p=0.042 )和 C 組 ( p=0.022 )； 第 12 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P 組 ( p=0.019 )； 第 15 分 鐘 G 組 顯 著 24.
(35) 高 於 P 组 ( p=0.027 )。 (三 )低 攝 氧 量 組 • 攝 氧 量 的 VCO2 各 時 間 點 資 料 如 表 十 。 結 果 顯 示 第 3 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 C 组 ( p=0.043 )； 第 6 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P 组 ( p=0.008 )。 第六節. 心跳率. 一、全部受試者 全部受試者各階段心跳率如表二。安靜休息時 G 組心跳 率 顯 著 高 於 P 組 ( p=0.004 )以 及 C 組 ( p=0.001 )， 而 C+G 組 顯 著 高 於 C 組 ( p=0.033 )； 運 動 第 3 分 鐘 G 組 相 同 顯 著 高 於 P 組 ( p=0.005 )和 C 組 ( p=0.022 )； 運 動 第 6 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P 組 ( p=0.007 )； 運 動 第 9 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P 組 ( p=0.033 )， C+G 也 相 同 顯 著 高 於 P 組 ( p=0.002 )； 第 12 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 P 組 ( p = 0 . 0 1 7 )，C + G 顯 著 高 於 P 組 p = 0 . 0 1 2 )； 在 運 動 第 15 分 鐘 為 C 組 顯 著 高 於 P 組 (p=0.017)， C+G 組 顯 著 高 於 P 組 ( p=0.027 3) 。 二、高攝氧量組 高攝氧量組各階段心跳率如表三。各組間心跳率皆無顯 著差異 三、低攝氧量組 低 欇 氧 量 組 各 階 段 心 跳 率 如 表 四。安 靜 休 息 時 G 組 顯 著 高 於 C 組 (p=0.002)； 第 3 分 鐘 G 組 顯 著 高 於 C 組 (p=0.04)， C + G 也 顯 著 高 於 C 組 ( p = 0 . 0 4 4 )；第 6 分 鐘 C + G 高 於 C ( p = 0 . 0 2 5 ) 及 P 組 (p=0.04)， G 組 高 於 P 組 (p=0.02)； 第 9 分 鐘 C+G 組 高 於 P 組 (p=0.046)； 第 12 分 鐘 C+G 組 高 於 P 組 (p=0.021)； 第 15 分 鐘 C+G 組 高 於 P 組 (p=0.048)。 25.
(36) 第伍章. 討論. 本研究顯示在急性低氧環境下補充咖啡因可能可有效提 升脂肪氧化率，並降低碳水化合物的氧化率，對於漸增性腳 踏車運動表現也可顯著提升。由於低氧環境會增加碳水化合 物氧化率的提升，相對抑制脂肪氧化，但咖啡因卻有相反的 效果，因此本實驗期待在低氧環境下攝取咖啡因後能有效改 變脂肪氧化率。結果發現全部受試者組的 C 組和 P 組比較 下 ， 脂 肪 氧 化 率 並 未 達 顯 著 差 異 ， 但 顯 著 高 於 C+G 及 G 組 。 高攝氧量組的 C 組和 P 組間的脂肪氧化率也未達顯著差異， 唯 有 低 欇 氧 量 組 的 C 組 脂 肪 氧 化 率 顯 著 高 過 P 組。可 明 顯 看 出在有攝取葡萄糖的兩組皆能有效提高碳水化合物氧化率。 運 動 表 現 在 全 部 受 試 者 間 是 有 攝 取 咖 啡 因 之 兩 組 (C 和. C+G. 組 )有 顯 著 提 高；高 攝 氧 量 組 間 則 無 差 異；低 欇 氧 量 組 的 C+G 組顯著優於 G 組。. 第一節. 脂肪及碳水化合物氧化率. 一、全部受試者 攝取咖啡因能有效刺激脂肪氧化率在過去文獻已被證實 (Costill, et al., 1978; Essig, et al., 1980; Graham, et al., 2008; H a w l e y, I n t e n s i t y, & U s e , 1 9 9 8 ; I v y, e t a l . , 1 9 7 9 ) 。 C o s t i l l （ 1978） 指 出 在 運 動 前 一 小 時 攝 取 咖 啡 因 （ 330 mg） 後 ， 發 現咖啡因組血液裡的游離脂肪酸及甘油顯著高於安慰劑組； 另一研究也相同表示服用咖啡因後顯著增加血液裡的游離脂 肪 酸 (Arciero,. Gardner,. Calles-Escandon,. Benowitz,. &. Poehlman, 1995)。 攝 取 咖 啡 因 能 促 進 脂 肪 氧 化 主 要 原 因 為 ， 26.
(37) 咖 啡 因 能 刺 激 腎 上 腺 素 的 分 泌 ( C o s t i l l , e t a l . , 1 9 7 8 ; I v y, e t al., 1979)， 進 而 增 加 脂 肪 分 解 率 。 相 對 的 ， 在 低 氧 環 境 的 刺 激 下 會 降 低 脂 肪 氧 化 率 ， 並 使 碳 水 化 合 物 的 利 用 率 提 升 ( R o b e r t s , e t a l . , 1 9 9 6 )， 其 主 要 原 因 可 能 為 急 性 低 氧 刺 激 下 會 增加腎上腺素的分泌，而造成代謝上會偏向使用碳水化合物 作 為 能 量 的 來 源 (Mazzeo, 2005)。 在 兩 種 不 同 介 入 對 能 量 代 謝 會 有 何 影 響 ， 從 Slivka 等 人 （ 2008） 的 研 究 結 果 顯 示 常 氧 下運動前攝取咖啡因的平均脂肪氧化率為. 0.779±0.18g/min. （ S l i v k a , e t a l . , 2 0 0 8 ）； 而 本 研 究 的 低 氧 下 咖 啡 因 組 平 均 為 0.34±0.1g/min， 而 此 可 發 現 低 氧 的 刺 激 會 降 低 咖 啡 因 對 脂 肪 氧 化 率 的 作 用 。 從 本 研 究 可 以 看 出 單 獨 攝 取 咖 啡 因 (C 組 )雖 受到低氧的抑制，但仍能有效提升脂肪氧化率，並顯著高於 C+G 組 和 G 組 。 過去研究可以確定的是，在常氧下運動前攝取葡萄糖或 不同升糖指數的碳水化合物，會減低體內脂肪的氧化率，同 時 會 增 加 碳 水 化 合 物 的 氧 化 率 以 作 為 運 動 能 量 的 來 源 ( A c h t e n & J e u k e n d r u p , 2 0 0 3 ; Wu , e t a l . , 2 0 0 3 ) 。 但 在 急 性 低 氧 環 境 下 的 運 動 前 攝 取 葡 萄 糖 ， 雖 有 增 加 碳 水 化 合 物 的 現 象，由於低氧的刺激會促使腎上腺素分泌，亦會造成碳水化 合物氧化率的提升，因此有學者提出，低氧環境下攝取葡萄 糖 後 不 是 因 為 胰 島 素 的 增 加 去 刺 激 碳 水 化 合 物 氧 化 率 的 提 升 ， 而 是 腎 上 腺 素 的 分 泌 才 會 導 致 碳 水 化 合 物 的 代 謝 提 高 ( K e l l y, e t a l . , 2 0 0 9 ) 。 從 結 果 中 可 以 見 到 單 獨 攝 取 葡 萄 糖 ( G 組 ) 的 脂 肪 氧 化 率 明 顯 低 於 C 組 。 邱 志 暉（ 2 0 0 9 ）研 究 指 出 在 急性低氧環境下的運動前. 30 分 鐘 補 充 葡 萄 糖 後 和 安 慰 劑 組. 比 較，脂 肪 氧 化 率 並 未 達 顯 著 差 異，表 示 在 運 動 前 30 分 鐘 攝 27.
(38) 取葡萄糖及急性低氧的刺激下並不會對降低脂肪氧化率的下 降 有 加 成 效 果 (邱 志 暉 ， 張 振 崗 ， 林 漢 斯 ， 巫 錦 霖 ，. 2009)。. 本 研 究 也 有 相 同 結 果 ， 全 部 受 試 攝 取 葡 萄 糖 (G 組 )後 對 和. P. 組比較脂肪氧化率並未達顯著差異。 在 補 充 碳 水 化 合 物 的 G 組 及 C+G 組 的 碳 水 化 合 物 氧 化 率 有顯著高於 C 組；當攝取葡萄糖後會刺激胰島素的分泌，增 加 葡 萄 糖 轉 運 子 的 活 性 ， 並 釋 放 至 細 胞 膜 上 (Jentjens, Cale, Gutch, & Jeukendrup, 2003)， 藉 此 使 更 多 葡 萄 糖 進 入 細 胞 內 作為運動中的能量來源，而且當胰島素分泌的同時也會抑制 脂 肪 的 氧 化 率 (Hargreaves, et al., 2004; Horowitz, et al., 1 9 9 7 )。 而 咖 啡 因 除 了 會 刺 激 脂 肪 氧 化 率 外 ， 還 能 提 升 小 腸 內 的 S G LT 1 及 G L U T 的 活 性 ， 葡 萄 糖 主 要 是 靠 S G LT 1 來 轉 運 ， 因此當咖啡因加上葡萄糖攝取時會促進小腸對葡萄糖的吸收 (Stumpel, et al., 2001)。. 二、高、低攝氧量組 咖啡因能提升脂肪氧化率在過去的研究就已被證實，但 都 是 處 於 常 氧 環 境 下 的 研 究 結 果 (Costill,. et. al.,. 1978;. Graham, et al., 2008; Graham, Helge, MacLean, Kiens, & R i c h t e r, 2 0 0 0 ; I v y, e t a l . , 1 9 7 9 ) ， 而 本 實 驗 的 高 攝 氧 量 組 在 低氧下攝取增補劑後，發現 C 組在安靜時及運動期間的每一 時 間 點 的 脂 肪 氧 化 率 皆 顯 著 高 於 G 組，且 G 組 的 各 時 間 點 的 呼吸交換率皆顯著高於 C 組；禁食狀態下補充碳水化合物後 會 使 呼 吸 交 換 率 上 升 (Achten & Jeukendrup, 2003; Horowitz, et al., 1997)， 因 而 增 加 碳 水 化 合 物 的 氧 化 率 。 然 而 當 攝 取 咖 啡 因 時 會 降 低 呼 吸 交 換 率 (Bangsbo, 28. Jacobsen,. Nordberg,.
(39) C h r i s t e n s e n , & G r a h a m , 1 9 9 2 ; I v y, e t a l . , 1 9 7 9 ) ， 當 然 也 有 其 他 學 者 認 為 攝 取 咖 啡 因 不 並 能 改 變 呼 吸 交 換 率 (Erickson, S c h w a r z k o p f , & M c k e n z i e , 1 9 8 7 ; We l l s , S c h r a d e r , S t e r n , & Krahenbuhl, 1985)。 雖 然 咖 啡 因 的 增 補 對 呼 吸 交 換 率 在 不 同 的研究中有不同的結果，但本研究結果可以發現高攝氧量組 攝 取 咖 啡 因 後 的 RER 在 整 個 運 動 期 間 及 安 靜 時 都 顯 著 低 於 G 組 。 此 現 象 有 兩 種 情 況 可 以 解 釋 ， 當 攝 取 咖 啡 因 後 ， RER 如 果低於單獨攝取碳水化合物組的值時，表示能量來源是偏向 於 脂 肪 氧 化 ( S l i v k a , H a i l e s , C u d d y, & R u b y, 2 0 0 8 ) ， 加 上 低 氧 刺激下，C 組的脂肪氧化率仍高於 G 組，因此可以推論高攝 氧量組的受試者，在低氧下單獨攝取咖啡因後對脂肪氧化率 仍有明顯效果；另一方面，可以看見高攝氧量組的 P 組，在 低 氧 下 仍 保 持 和 C 組 幾 乎 相 等 的 脂 肪 氧 化 率，或 許 可 以 解釋 為高攝氧量組的受試者對於脂肪的使用率較高，即使在低氧 刺激下仍可以使用脂肪作為能量來源，因此攝取咖啡因只是 抑制脂肪氧化率降低，並無增加脂肪氧化的情況。在低攝氧 量組可以發現 C 組於實驗前段有對葡萄糖類組有顯著差異， 但於運動中後段開始即無顯著差異，可以看見 C 組整體對脂 肪 氧 化 的 趨 勢 是 高 過 於 其 他 三 組 ， 但 未 達 顯 著 差 異 (圖 十 一 )。 和 高 攝 氧 量 不 同 的 是 ， 低 欇 氧 量 組 的 P 組 脂 肪 氧 化 率 是 顯 著 低 於 C 組 (圖 三 )， 因 此 可 以 推 論 當 低 欇 氧 量 組 補 充 咖 啡 因後對脂肪氧化率有顯著向上提升的效果。. 第二節. 咖啡因在低氧下對最大攝氧量的影響. 咖啡因除了能促進體內脂肪代謝率，增進運動表現外， 還能增加最大攝氧量及攝氧能力 29. ( I v y, e t a l . , 1 9 7 9 ; 謝 伸 裕 ,.
(40) 1988)。 然 而 在 低 氧 環 境 下 由 於 最 大 心 輸 出 量 及 氧 分 壓 的 減 少，導致最大攝氧量下降，再者最大攝氧量會隨著海拔高度 呈 斜 線 下 降 ， 在 海 拔 2400 公 尺 時 最 大 攝 氧 量 會 降 低 12%； 3100 公 尺 降 低 20%； 海 拔 4000 公 尺 則 會 下 降 27%。 本 研 究 結 果 發 現 在 低 氧 下 攝 取 咖 啡 因 對 最 大 攝 氧 量 並 沒 有 顯 著 提 升。或許是因為氧氣濃度不足造成組織缺氧，即使攝取咖啡 因後也未必能提升最大攝氧量。. 第三節. 心跳率與運動表現. 在 攝 取 葡 萄 糖 組 中 (G 和 C+G 組 )可 看 出 心 跳 率 顯 著 高 過 無 補 充 葡 萄 糖 的 組 別 ( P 和 C 組 )，A c h t e n 和 J e u k e n d r u p（ 2 0 0 3 ） 提出，運動前補充碳水化合物會使體內依賴更多的碳水化合 物 作 為 能 量 來 源，並 且 降 低 1 4 % 的 脂 肪 氧 化 率，以 及 減 少 2 8 % 的最大脂肪氧化率，因此增加漸增性腳踏車運動的困難度， 就像是在運動一開始就已經提高碳水化合物氧化率，來支持 低 強 度 的 運 動 能 量 一 樣 ( A c h t e n & J e u k e n d r u p , 2 0 0 3 )。 另 外 在 低氧的刺激下會造成血氧飽和濃度不足，使心跳率增加才能 運 輸 足 夠 的 氧 氣 至 組 織 內 ( A l e x a n d e r, H a r t l e y, M o d e l s k i , & Grover, 1967)， 因 而 增 加 運 動 的 困 難 度 。 邱 志 暉 （ 2009） 研 究指出在低氧環境下攝取碳水化合物後會造成呼吸交換率及 心 跳 率 的 提 升 (邱 志 暉 , et al., 2009)。 單 純 攝 取 葡 萄 糖 會 使 在 低氧下運動的困難度增加，而本研究發現當攝取咖啡因及咖 啡因加葡萄糖後卻能顯著提升運動表現，表示在低氧下攝取 咖 啡 因 後，和 G 組 及 P 組 比 較 或 許 能 有 額 外 的 脂 肪 氧 化 來 作 為運動中的能量來源。 在運動前. 60 分 鐘 攝 取 咖 啡 因 （ 5mg/kg） 或 安 慰 劑 ， 隨 30.
(41) 後進行漸增性腳踏車運動，結果顯示兩組的運動表現無顯著 差異，此作者表示或許是因為攝取劑量太低，才會對漸增性 腳 踏 車 運 動 表 現 沒 有 幫 助 ( P o w e r s , B y r d , Tu l l e y, & C a l l e n d e r, 1983)。 另 一 研 究 相 同 以 運 動 前 ㄧ 小 時 補 充. 5mg/kg 的 咖 啡. 因，隨即進行漸增性腳踏車運動，對於運動表現也無顯著差 異 ( D o d d , B r o o k s , P o w e r s , & Tu l l e y, 1 9 9 1 ) 。 雖 然 上 面 文 獻 指 出 攝 取. 5mg/kg 的 咖 啡 因 對 漸 增 性 腳 踏 車 運 動 表 現 並 無 幫. 助 ， 但 本 研 究 在 低 氧 環 境 下 攝 取 高 劑 量 （ 6mg/kg） 的 咖 啡 因 能有效增加運動時間，並顯著於 G 組和 P 組，有兩種情況可 以解釋；一、在低氧下單獨攝取葡萄糖導致運動困難度增加 因 此 造 成 運 動 表 現 下 降 (Brook, et al., 1991)； 二 、 咖 啡 的 攝 取 提 升 體 內 F FA 作 為 運 動 中 的 能 量 來 源 ， 並 且 劑 量 高 於 前 述 文 獻 的 使 用 量 (Dodd, et al., 1991; Powers, et al., 1983)。. 31.
(42) 第陸章. 結論. 本 探 討 急 性 低 氧 環 境 下 攝 取 咖 啡 因 對 於 代 謝 受 質 的 影 響，結果發現在急性低氧環境下攝取咖啡因相同能有提升脂 肪氧化率的效果。單獨攝取咖啡因後在低氧下脂肪氧化率雖 有 顯 著 提 升 但 仍 比 常 氧 下 的 脂 肪 氧 化 率 來 的 低 (Slivka, et al., 2 0 0 8 )。 低 攝 氧 量 組 對 脂 肪 氧 化 率 的 提 升 最 為 明 顯 ， 但 對 於 高 攝 氧 量 組 的 影 響 並 不 明 顯。在 運 動 表 現 部 分 C 組 和 C + G 組 皆 能 有 效 顯 著 增 加 運 動 時 間 ， C+G 組 對 運 動 表 現 的 提 升 雖 無 顯 著 高 於 C 組，但 仍 有 高 於 C 組 的 趨 向，主 要 原 因 可 能 為 攝 取 咖啡因後能增加體內脂肪氧化率提升，另外加上葡萄糖的攝 取，能額外增加外源性碳水化合物作為運動時的能量來源， 因此對於運動表現有較佳的幫助。此研究結果或許能適合用 來提升高地訓練量的方法之一。本研究另一限制為僅收集氣 體樣本，對於咖啡因於低氧的代謝變化仍缺完整性，未來應 可 加 入 血 液 分 析 部 份，將 能 有 更 確 切 的 證 據 支 持 此 研 究 結 果。. 32.
(43) 參考文獻 中文文獻 邱 志 暉 , 張 振 崗 , 林 漢 斯 , & 巫 錦 霖 . (2009). 運 動 前 攝 取 碳 水 化 合 物 在 急 性 低 氧 環 境 下 對 於 脂 肪 氧 化 率 的 影 響。大. 專 體 育 學 刊 , 11 ( 4 ) , 1 - 6 。 謝 伸 裕 . (1988). 咖 啡 因 和 冷 刺 激 對 運 動 代 謝 和 有 氧 工 作 效 率 的 影 響 。 師 大 學 報 (33), 1-5。 英文文獻 Achten, J., & Jeukendrup, A. (2003). The effect of pre-exercise carbohydrate feedings on the intensity that elicits maximal fat oxidation. Journal of Sports Sciences, 21(12), 1017-1025. A l e x a n d e r, J . , H a r t l e y, L . , M o d e l s k i , M . , & G r o v e r, R . ( 1 9 6 7 ) . Reduction of stroke volume during exercise in man following ascent to 3,100 m altitude. Journal of Applied P h y s i o l o g y, 2 3 ( 6 ) , 8 4 9 - 8 5 8 . A r c i e r o , P. , G a r d n e r , A . , C a l l e s - E s c a n d o n , J . , B e n o w i t z , N . , & Poehlman, E. (1995). Effects of caffeine ingestion on NE kinetics, fat oxidation, and energy expenditure in younger and older men. American Journal of PhysiologyEndocrinology And Metabolism, 268(6), E1192-E1198. Bangsbo, J., Jacobsen, K., Nordberg, N., Christensen, N., & G r a h a m , T. ( 1 9 9 2 ) . A c u t e a n d h a b i t u a l c a f f e i n e i n g e s t i o n and metabolic responses to steady-state exercise. J o u r n a l o f A p p l i e d P h y s i o l o g y, 7 2 ( 4 ) , 1 2 9 7 - 1 9 9 2 . B e l l , D . G. , & M c L e l l a n , T . M . ( 2 0 0 2 ) . E x e r c i s e e n d u r a n c e 1 , 33.
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