在運動過程中，我們的身體依賴不同的能量來源來進行有氧和無氧運動。本文將探討運動過程中肌肉如何獲取 ATP，以及有氧和無氧運動對肌肉能量代謝的影響。
肌肉能量代謝的基本概念
當我們身體做出任何動作的時候，比如說走路、打掃、跑步、騎腳踏車…等等，都要靠肌肉收縮才施力活動，而驅動肌肉活動的最基本能量就是 ATP 了；不管是簡單的散步，還是拼命衝刺，肌肉都是靠 ATP 的能量運作。（PS：這篇文章提到的肌肉，所指的都是「骨骼肌」）
ATP 產生能量的化學方程式： ATP + H2O → ADP + Pi + H+
從這個方程式，我們知道 ATP 得要有水才能轉換出能量，也就是說，如果身體缺水，就算有 ATP，提供能量也會受到阻礙；方程式順利進行之後，除了產生能量（Pi），也會跑出氫離子，這會讓細胞內的環境變酸，肌肉細胞環境太酸的話，會阻礙能量代謝的進行，不過別擔心，在一定程度底下，細胞裡面有緩衝的能力。
人處在休息狀態時，肌肉細胞裡會有一些可以馬上使用，但少量的 ATP，當開始動起來的時候，會看運動強度的不同，這些 ATP 大概只能撐個幾秒就會用完，那接下來的時間，缺的 ATP 要從哪來呢？
以下是肌肉在運動期間獲取新 ATP 的方法：
供能快、量少：無氧代謝
- 磷酸肌酸（Phosphocreatine, PCr）能提供能量給 ADP 再生成 ATP
- ADP 與 ADP 再生 ATP，也就是一個 ADP 變成 ATP，另一個變成 AMP
- 肝醣釋出葡萄糖/來自血液的葡萄糖，進行糖解作用（產出 3 個 ATP），產出丙酮酸與乳酸，丙酮酸能進入粒線體繼續走氧化代謝，而乳酸則能釋放到血液，送回肝臟再新生為葡萄糖，再次利用。
延伸閱讀：乳酸：運動中的燃料而非廢棄物！
供能慢、量多：氧化代謝
- 葡萄糖氧化代謝（產出 36 ATP），葡萄糖進行無氧代謝產生的丙酮酸，會接著到粒線體進行氧化代謝
- 脂肪酸氧化代謝 （棕櫚酸氧化可以產出 130 ATP）
肌肉裡面有這麼多條產生 ATP 的路線，那麼當我們實際運動的時候，這些路線個字動用的時機與能量貢獻有多少？ 請先看看下圖：
黃色是磷酸肌酸反應、深藍色是糖解作用，而紅色是氧化磷酸化作用，也就是我們一般常講的有氧燃燒或有氧代謝作用。
磷酸肌酸只要一個反應步驟就能產出 ATP，而葡萄糖的糖解作用，雖然比磷酸肌酸慢一點，但也是能快速產生 ATP 的反應；在運動最初幾秒，肌肉主要依賴磷酸肌酸和糖解作用產出的能量運作，以及少少的氧化產出。
磷酸肌酸和糖解作用都會增加肌肉細胞內的 ADP 濃度（ATP 能量釋放後），隨著細胞內的 ADP 濃度增加，除了能再生成 ATP，較高濃度的 ADP 也會推動粒線體進行更多的有氧代謝。
衝刺的能量要靠「磷酸肌酸」與「糖解」提供
當我們全力衝刺的時候，肌肉對能量的需求會超過「有氧代謝」能提供的範圍，此時，就會需要無氧代謝的支援，也就是磷酸肌酸跟葡萄糖無氧代謝（糖解作用）。
磷酸肌酸釋出能量後的肌酸，可以藉由有氧代謝產出的能量，再儲能成為磷酸肌酸，而這也是我們衝刺後，降低運動強度一段時間後，就能夠再衝起來，這時間依個人能力，會需要 20 ~ 120 秒，恢復的快，就能縮短下次可衝刺的時間。
肌酸再儲能回磷酸肌酸的效率會越來越差，理由是隨著運動強度增加與時間拉長，肌肉細胞的環境酸度增加，這會阻礙磷酸肌酸的再生。而在這裏，能強化肌肉細胞內酸鹼度的調節或緩衝能力，就能有較好的磷酸肌酸再生效率。
跟這個主題有關的運動營養成分為肌肽（carnosine）、β－丙胺酸（β-alanine）、碳酸氫鈉。
運動強度與氧化代謝使用的燃料
在不同有氧運動強度下，不同燃料來源，分別貢獻了多少能量呢？下圖以 VO2 Max 百分比來代表有氧運動的強度，而圖中的三種 VO2 Max 百分比正好可以對應低、中和高有氧運動強度。
有氧運動期間，有四種主要的能量來源，分別是肌肉裡的肝醣和三酸甘油脂、血中的葡萄糖和游離脂肪酸。以下是在三種有氧運動強度下，這四種能量來源的使用情形：
低強度有氧（VO2 Max 25%）
不使用肝醣，稍微使用血糖與肌肉三酸甘油脂，在這個階段，主要由游離脂肪酸供應能量。
中強度有氧（VO2 Max 65%）
當強度提升到中度時，血糖與肌肉三酸甘油酯的用量增加、脂肪酸用量減少，然後會動用到肌肉肝醣。值得注意的是，中強度有氧是動用最多脂肪產能的運動強度。
高強度有氧（VO2 Max 85%）
來到這個階段，肝醣與血糖的貢獻增加，游離脂肪酸與肌肉三酸甘油酯，也就是減少使用脂質產能，而這也是在談運動營養計畫時，總會強調吃足碳水化合物的原因。
補充：BCAA 和短鏈脂肪酸用在哪產 ATP？
運動過程中，除了葡萄糖跟脂肪酸這兩個主力，支鏈胺基酸（BCAA）和腸道細菌利用纖維產出的短鏈脂肪酸（SCFA）也能在運動的過程中，參與產生能量的行列。
只是看了前面的內容，你可能會想問… BCAA 跟 SCFA 在哪？
它們都參與在氧化代謝的過程中，BCAA 會參與粒線體裡面的 TCA cycle 循環，而 SCFA 則是會在粒線體裡進行 β-氧化作用。
- Muscle Contraction and Locomotion – ATP and Muscle Contraction – LibreTexts libraries
- Hargreaves, M., & Spriet, L. L. (2020). Skeletal muscle energy metabolism during exercise. Nature Metabolism, 2(9), 817-828.
