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運動員睡眠品質對生理功能及運動表現之探討
陳俐蓉
1、洪寶蓮
2、方世華
3 1國立臺灣體育運動大學運動健康科學學系
2中國醫藥大學運動醫學系
3國立臺灣體育運動大學競技運動學系
摘要
高強度運動訓練之後，如何促進身體的復原以提昇選手的運動能力是競技 運動最重要的議題之一。睡眠被認為與大腦的學習、認知、肌肉疲勞的恢復、 免疫及內分泌系統功能的恢復等有密切的相關性，而此些生理功能正是影響運 動員表現的關鍵。對運動員而言，可能因長時間、高強度的運動訓練，導致肌 肉損傷與疼痛而降低睡眠品質，進而影響運動員的運動表現，因此，好的睡眠 品質對於優秀運動員相當重要。本文利用近年對睡眠品質的研究結果說明睡眠 品質不佳對運動員可能產生的影響，包括運動表現、對疼痛之反應、免疫細胞 數目與功能、細胞激素及內分泌系統的影響。藉由了解運動員睡眠品質與各生 理功能之相關性，應進一步探討優秀運動員睡眠之質與量以及睡眠管理的方法， 這些都是未來值得深入研究的課題。關鍵詞：睡眠、免疫功能、內分泌系統、過度訓練、運動能力
通訊作者：方世華 E-mail：[email protected]DOI：10.3966/2226535X2016060502001
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壹、前言
高 強 度 運 動 後 如 何 促 進 身 體 的 復 原 及 提 昇 選 手 的 運 動 能 力 是 運 動 科 學 最 重要的議題之一。睡眠被認為與許多生理功能都有密切的相關性，如：學習、 記憶、認知及肌肉的疲勞恢復（Cirelli & Tononi, 2008; Dattilo et al., 2011）、免 疫 及 內 分 泌 系 統 的 恢 復 （ Benington & Heller,1995 ）、 整 合 新 記 憶 的 知 識 （Diekelmann & Born, 2010）及代謝過程（ Inoue, Honda, & Komoda, 1995），當 睡眠被打擾時，這些正常的生理功能的確也會被嚴重影響。過去的研究已經證 實當睡眠時間被減少至每晚六小時以下連續四天後，認知表現（Belenky et al., 2003）、葡萄糖代謝（Spiegel, Leproult, & Van Cauter, 1999）及免疫功能（Krueger, Majde, & Rector, 2011）均會減弱。還有許多關於睡眠的研究（ Faraut, Boudjeltia, Vanhamme, & Kerkhofs, 2012）都顯示每天睡眠少於六小時且無法補眠者，會引 起非專一性的白血球活化及全身低程度的發炎反應如：C-反應蛋白（C-reactive protein）、介白素-6（interleukin-6, IL-6）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）分泌增加，對於優秀運動員而言睡眠特別重要，因為對這些生理功能 的負面作用最後會降低了運動員的表現。
貳、睡眠的背景介紹
睡 眠 是 一 個 複 雜 的 生 理 及 行 為 狀 態 ，依 據 腦 電 波 （ electroencephalogram） 記錄睡眠時的腦波變化，將睡眠分為快速動眼期（rapid eye movement, REM） 與非快速動眼期（non-rapid eye movement, NREM），快速動眼期的特徵是肌肉 鬆弛、做夢，被認為是大腦活化的狀態。非快速動眼期即慢慢進入睡眠的深層 期。一般認為慢波睡眠（slow-wave sleep, SWS）或稱深層睡眠（deep sleep） 對於優秀運動員的恢復是很重要的，因為生長激素在深層睡眠時也同步被分泌
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（ Shapiro, Bortz, Mitchell, Bartel, & Jooste, 1981）。睡眠受到大腦的控制有一定 的 約日節律 （ circadian rhythms）， 松果 體分泌的 褪黑素 （ melatonin） 在夜間 達到最高，具有促進睡眠的功能（Halson, 2014）。所謂睡眠品質不佳所指的包 括深層睡眠時間減少及睡眠被打斷的次數增加，當慢波睡眠被剝奪而減少時， 也會發現運動表現下降（Dijk, 2010）。 一般運動員除了需要早起進行晨操之外，若沒有養成良好的睡眠習慣（晚 間 看電視或 是上網時 間過長） 及過 度煩 惱比賽的 事等，導 致運動員 在重要比 賽前及平時訓練階段都可能處於睡眠不足或是品質不佳的情況之下。過去針對 一群奧運項目的選手及另一組年齡、性別相似的非運動員進行睡眠習慣的調查 （ Leeder, Glaister, Pizzoferro, Dawson, & Pedlar, 2012），結果發現運動員需要較 長的時間才能入睡而且睡眠效率也比對照組差。尤其是運動員在賽前的睡眠品 質較差（Erlacher, Ehrlenspiel, Adegbesan, & El-Din, 2011; Lastella, Lovell, & Sargent, 2014; Lastella, Roach, et al., 2014），可能影響的因素包括賽前焦慮或是 興 奮、 不熟悉 的睡 眠環 境（旅 館）、時差 的改 變及較 早的 比賽 時程。 過去 已有 研 究 發 現 時 差 會 導 致 最 大 肌 力 、 無 氧 動 力 及 重 直 跳 的 表 現 下 降 （ Reilly, Waterhouse, & Edwards,2005）， 甚 至 降 低 游 泳 選 手 的 手 臂 與 肘 關 節 屈 曲 強 度 （Wright et al., 1983）。在一份針對 283 位澳洲優秀運動員的問卷調查結果中發 現 64%選手在比賽前有睡眠品質不佳的狀況（Juliff, Halson, & Peiffer, 2015）， 主要原因是想到比賽及焦慮，除了少數運動員會以閱讀、看電視或其他放鬆方 式之外，超過半數的運動員是沒有改善策略。因此，優秀運動員睡眠的質與量 都需要詳細的評估，也須有效改善睡眠品質的介入，以避免影響整體生理功能、 訓練及運動表現。
叁、睡眠品質不佳對運動員的影響
一、對運動表現的影響
睡 眠 品 質 被 選 手 、 教 練 認 為 是 影 響 運 動 員 訓 練 、 恢 復 及 比 賽 的 重 要 因 素4
（ Samuels, 2008），然而因為 運動表現與生 理及技術都有 關，也因此較 難直接 證明睡眠品質不佳與運動表現的直接關聯性。睡眠干擾是菁英運動員較為困擾 的問題，因為部份睡眠剝奪會影響警覺性（Doran, Van Dongen, & Dinges, 2001）、 注意力（Nilsson et al., 2005）、反應時間（Corsi-Cabrera, Arce, Ramos, Lorenzo, & Guevara, 1996）及情 緒（ Zhang, Si, Chung, Du, & Terry, 2014）等，均是 影 響 菁英運動員表現相關的重要因子。有幾個研究刻意針對運動員進行睡眠剝奪 24 小時以上之後再進行運動能力測驗，發現睡眠剝奪 24 小時不會影響到無氧能 力 的 表 現 ， 但 在 睡 眠 剝 奪 36 小 時 後 就 會 影 響 其 無 氧 動 力 的 表 現 （ Souissi, Sesboue, Gauthier, Larue, & Davenne, 2003）。另外，對於剝奪舉重選手睡眠 24 小時雖然沒有影響到他們的專項運動表現，但是發現其情緒上出現明顯混亂、 疲倦的情況（Blumert et al., 2007）。另外在睡眠剝奪 24 小時後會發現耐力跑 步的能力下降（Oliver, Costa, Laing, Bilzon, & Walsh, 2009）。若是短時間的睡 眠剝奪如：2.5 小時則對游泳選手的運動表現沒有顯著影響，但同時也會發現 選手的情緒會有明顯混亂、疲倦、易怒缺乏活力的改變。對於菁英運動員而言， 經常曝露於高強度的訓練與激烈的比賽更需要充分的恢復，而睡眠被認為是生 理與心理恢復的最佳方式。
二、對疼痛感的影響
過去研究指出睡眠剝奪會促進疼痛的感覺，可能是因為訓練或是比賽造成 的疼痛而影響了睡眠（Lautenbacher, Kundermann, & Krieg, 2006）。疼痛經由感 覺 神 經 傳 導 而 感 覺 神 經 會 受 到 免 疫 細 胞 產 生 的 發 炎 物 質 所 活 化 （ Ziemssen & Kern, 2007）。當睡眠被剝奪時也會因抑制同化賀爾蒙如：睪固酮的產生而抑制 蛋白質的合成（Dattilo et al., 2011），進而會影響肌肉損傷的恢復，然而目前這 部分的研究相當有限。三、對免疫細胞數目與功能的影響
睡眠與免疫系統的關係可能是雙向互相影響，過去研究指出小於 7 小時的5
睡眠會比獲得 7-9 小時睡眠者在 T 細胞的功能部份增加 49%，這可能與全身低 程度的發炎現象有關（Fondell et al., 2011），同時自然殺手細胞的功能下降使得 身 體的防 禦能力降 低。若 增加睡 眠或是 小睡片 刻之後則 會使皮 質醇（ cortisol） 濃度下降（Faraut et al., 2011）。睡眠不足會引發類似壓力反應，即免疫系統的 發炎反應，導致嗜中性白血球增加、血清中 C-反應蛋白增加、葡萄糖耐受性下 降（Spiegel et al., 1999）、交感神經活化、壓力增加及唾液中α-澱粉酶（α-amylase） （ Lange & Born, 2011; Seugnet, Boero, Gottschalk, Duntley, & Shaw, 2006）增加， 加上運動時伴隨產生的肌肉發炎，這將更不利於運動後的恢復。四、睡眠剝奪對運動員細胞激素的影響
由電生理、生化及分子基因學的研究結果顯示介白素-1β及腫瘤壞死因子-α 是影響睡眠最主要的兩種細胞激素，在多種不同的動物實驗結果也證實給予介 白素-1β及腫瘤壞死因子-α後，非快速動眼期的慢波活性會增加，同時介白素-1 會與血清素（serotonin）交互作用而影響睡眠、在大腦廣佈著介白素-1β及腫瘤 壞死因子-α的接受器，同時也可在大腦測得介白素-1β及腫瘤壞死因子-α的蛋白 質，且其表現量與非快速動眼期成正比（Bredow, Guha-Thakurta, Taishi, Obal, & Krueger, 1997; Floyd & Krueger, 1997）。正常睡眠可以促進介白素-12 的分泌 （Besedovsky, Lange, & Born, 2012），這是一個啟動第一型輔助型 T 細胞的活 化的關鍵性細胞激素，與免疫功能息息相關。五、對內分泌系統的影響
由 實 驗 室 及 流 行 病 學 的 研 究 結 果 都 顯 示 睡 眠 剝 奪 會 增 加 肥 胖 與 糖 尿 病 的 發生率（Knutson, Spiegel, Penev, & Van Cauter, 2007），一份針對婦女的飲食內 容問卷結果與以腕表睡眠記錄器記錄睡眠品質的比較研究，發現睡眠時間與攝 取的脂肪量呈負相關（Grandner, Kripke, Naidoo, & Langer, 2010），可能是因為 減少睡眠會影響葡萄糖代謝進而降低腦部葡萄糖的利用、增加傍晚皮質醇的分 泌量、改變睪固酮的分泌及前發炎細胞激素的產生。過去研究指出睡 4 小時比
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睡 12 小時有較低的葡萄糖耐受能力、傍晚時皮質醇濃度與交感神經的活性都 增加 （ Allen, 2000）。另外睡眠剝奪也會增加血壓與正腎上腺素（norepinephrine） （ Lusardi et al., 1999）。這些賀爾蒙的改變會降低蛋白質的合成將不利於運動 員肌肉損傷的恢復（Dattilo et al., 2011）。肆、過度訓練對於運動員睡眠的影響
在 過 度 訓 練 的 許 多 症 狀 中 包 括 慢 性 疲 勞 及 睡 眠 周 期 的 改 變 （ Hackney, 2013）， 過去許 多研 究睡 眠與 運動的 文獻 都著 重在 以中度 的運 動來 改善 睡眠品 質，可能透過調節體溫、身體的恢復及對能量的保留而達到對睡眠正向的影響 （Driver & Taylor, 2000）。然而對運動員而言，在長時間、高強度的運動後可 能因為肌肉損傷與疼痛而影響睡眠，這些損傷可來自物理性的破壞，例如：衝 擊造成肌節的破壞（sacromeric damage）以及肌細胞壞死，並釋放肌細胞特定 表現的一些蛋白質進入血液中，常被用來觀察肌肉損傷指標包括血漿中肌酸激 酶（creatine kinase, CK）以及肌紅蛋白（myoglobin）的濃度。血清素濃度也是 過 度 訓 練 的 指 標 之 一 且 被 認 為 與 降 低 中 樞 神 經 系 統 活 性 及 引 發 疲 勞 有 關 （Budgett, Hiscock, Arida, & Castell, 2010），這些都將影響運動員的運動表現。伍、運動員睡眠管理的實務方式
根據過去對於睡眠機轉研究的發現（Stepanski & Wyatt, 2003），可以提供 運動員改善睡眠品質的具體作法。首先是維持規律的就寢與起床時間，可使大 腦控制日夜節律的系統維持穩定。其次是避免在接近就寢時間（3 小時內）從 事高強度運動，因為運動導致的體溫升高及交感神經亢奮都不利於進入睡眠狀 態。 若是運動 後以低溫 的水沖洗身 體，可 有助於核 心溫度下 降（ Robey et al., 2013）。另外在飲食部份，研究建議食用富含色氨酸（tryptophan）的食物如豆
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類與堅果類或是高升糖指數的碳水化合物，可以增加體內褪黑素的分泌（Afaghi, O'Connor, & Chow, 2007; Wada et al., 2013），有助於提高睡眠品質。
陸、結語
事實上，運動員的疲勞感雖為主觀之感受，但與運動後恢復、睡眠品質、 組織損傷以及能源短缺有關。睡眠被認為是維護人類健康基本的要求，也是菁 英運動員在身心壓力之下最佳的恢復方法，若是運動員睡眠品質不佳則在生理 部分會造成免疫系統與內分泌系統功能下降，在心理方面對於需要戰術應用的 運動表現能力下降，類似過度訓練的症狀出現，通常在無氧運動類型易出現交 感神經功能的改變，導致失眠無法休息、易怒、心悸亢奮及高血壓等症狀；而 在有氧運動類型易出現副交感神經功能的改變，導致疲勞、沮喪及失去動力等 症狀。總而言之，由過去的研究回顧中（Chennaoui, Arnal, Sauvet, & Leger, 2014） 已發現運動訓練可能藉由影響體溫、產生的發炎細胞激素、自主神經系統功能、 日夜周期、情緒等因素影響運動員的睡眠品質，進而影響選手在高強度的運動 訓練或是比賽後的疲勞消除與體能恢復。另一方面，當睡眠品質不佳時，將影 響到代謝、內分泌系統、增加發炎現象及交感神經系統而降低運動員的恢復及 運動表現，甚至出現過度訓練的症候群。因此，了解運動員睡眠品質與各生理 功能之相關性及找出可能改善的介入是值得深入研究的課題。8
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Study of Sleep Quality in Athletes on the Physiological
Functions and Sport Performance
Li-Jung Chen
1, Bao-Lien Hung
2, Shih-Hua Fang
31
Department of Exercise Health Science, National Taiwan University of Sport
2
Department of Sports Medicine, China Medical University
3
