1990年代中期，一群科學家決定觀察大腦的哪一部分受運動的影響最大。研究開始前，他們猜測大腦皮質和小腦（位於脊髓與大腦相交的位置），對於協調身體運動都很重要。因此，運動對這些區域的影響自然也是最大的，就像跑步對心血管健康的影響，要大於對肌肉力量的作用一樣。

這個研究以觀察老鼠在籠子中奔跑時，大腦的哪一部分產生最多腦源性神經營養因子（BDNF）為起點。奇怪的是，檢查小鼠的大腦時，科學家發現產出最多BDNF的地方，居然既不是大腦皮質也不是小腦，而是大腦的記憶中心海馬迴。這個發現，成為運動能強烈影響記憶的最重要線索之一。過去十年裡的動物實驗和人類研究都顯示，我們的記憶力可以透過運動得到加強。而且實際上，運動身體對記憶的影響力，似乎是最重要的。

讓大腦停止萎縮

在整個生命過程中，大腦會持續萎縮。不幸的是，它開始得比多數人想得要早得多。

大腦約在25歲時長到最大，之後每年都會略微萎縮。當然，我們一生中都在持續產生新的腦細胞，只是細胞死亡的速度比新生速度更快。我們每天每秒會持續損失大約十萬個腦細胞，而且這是常年不停歇的。但是即便大腦中含有大約一千億個細胞，有這樣基數龐大的腦細胞可以彌補，這種損失也會因時間的推移而變得十分明顯。每過一年，大腦的體積將減少0.5％至1％。

大腦的記憶中心海馬迴，是會隨年紀增長萎縮的一個部分。我們有兩個海馬迴，兩個大腦半球一邊一個，位於兩邊的顳葉深處。其大小每年會減少1％。這樣緩慢卻穩定縮小的海馬迴，正是讓記憶隨歲月流逝而變糟的主因。

很長一段時間以來，我們以為只有酒精和藥品等物品才會對大腦產生負面影響，而且是絕對負面的、沒有任何好處的，畢竟它們會加速大腦的老化和海馬迴的萎縮。想要阻止或扭轉這種趨勢，也一度被認為不可能。但現在因為發現運動在「增加記憶力」乃至「提升整個大腦功能」上有著驚人的效果，從而提供了令人信服的證據，推翻原先的說法。

美國科學家以磁振造影掃描檢查120人的大腦，並在兩個不同時間點測量他們的海馬迴，中間間隔一年。受試者被隨機分配到兩組，並進行兩種不同類型的活動。一組是耐力訓練，另一組則是伸展之類的輕度運動，運動時心率不會提高。

一年之後，耐力訓練組變得比輕度運動組更健康。到目前為止，實驗還沒有什麼令人驚奇的結果，但海馬迴發生什麼變化呢？輕度運動組的成員，海馬迴縮小了1.4％。不過這也不足為奇，因為它每年確實會縮小約1％。

非常有趣的是，耐力訓練組的海馬迴完全沒有縮小，反而變大了2％。這些人的海馬迴不僅恢復活力，而且從體積來講更是明顯年輕兩歲，而非老了一歲！這還不是全部的結果：測試對象身體變得越健康，其海馬迴體積就越大。在那些健康狀況改善最多的人中，海馬迴的增長率超過2％。

這一切是怎麼發生的？一個不那麼合理的假設是：隨著運動越多而增加的大腦肥料BDNF 發揮了作用。也許你還記得，BDNF 能真正加強腦細胞聯繫，因此影響了我們的記憶力。所以能合情合理地說：當科學家檢查受試者腦內BDNF 的濃度，他們注意到BDNF 增加得越多，海馬迴就長得越大。

有什麼神奇的訓練計畫可以倒退大腦的衰老一年，並且使海馬迴這樣一個重要的部分再生？受試者把自行車踩得如同搖滾音樂劇《地獄蝙蝠》（Bats Out of Hell）裡那樣，或嚴格進行劇烈的長跑嗎？都不是。事實是，他們既不騎車也不跑步，唯一的運動是每週3次、每次40分鐘的散步。這說明了你可以透過每週散步或慢跑幾次，來停止甚至扭轉大腦的老化，增強記憶力！

但是，讀這類實驗結果時，應該小心謹慎地下結論—實驗是一回事，現實是另一回事。保護海馬迴免於老化，甚至恢復其活力並讓體積變大，對我們的生活意味著什麼呢？我們真的能透過運動來改善記憶力嗎？

簡短的回答是：是的，絕對能！

歷史上多個研究結果都非常明確地指向同一個答案：短期和長期記憶都能透過運動得到改善，海馬迴的衰老也可以減緩甚至獲得逆轉。

大腦基因的返老還童

運動不足以阻止海馬迴隨著年齡增長而不再萎縮，卻也許能減緩遺傳物質的老化。

與大腦和身體內的其他細胞一樣，海馬迴的組成細胞中也有遺傳物質。我們完整的DNA 和所有基因，都存在每一個腦細胞之中。通常，基因不會隨著年齡而改變，但是它們發揮作用的方式會隨著年齡而有所變化，並導致包括大腦在內的身體器官進入衰老過程。

如果檢查不同年齡段的小鼠海馬迴細胞，就會發現有一組基因隨著動物的衰老而變化。這些基因控制著腦細胞的生長，以及建立彼此連結的能力。隨著小鼠的年齡增長，這類基因會變得不那麼活躍。這種逐步發展的基因變化，不僅使海馬迴老化，更使得整個大腦衰老。

然而，即使基因會老化，也不意味著整個細胞在凋亡的過程中一去不回頭。

研究人員曾將動物放到跑步機上進行訓練，並觀察到可以被稱為奇蹟的現象：許多基因在受到老化的負面影響時，也受到了運動的影響，而且是正面的。儘管細胞變年輕的機制還沒有被完全破解，但在動物完成實驗規定的跑步訓練後，能觀察到它們的海馬迴細胞在基因上似乎變得更年輕了。

運動對基因的影響很大，但不會即時生效。參與測試的老鼠在8週內每天都跑步，這樣的強度相當於人類在幾年內每天都堅持跑步。這也說明了，那種「偶爾跑」的運動量是不足以影響基因的。值得注意的是，那些長期堅持運動的人，不僅長出了較大的海馬迴，也使原有的海馬迴細胞恢復活力。

台灣夏天炎熱潮濕，對於進行各項戶外訓練、比賽的運動都是一種挑戰。近年隨著天氣暖化，冬天不酷寒，冬季的時間也逐漸變短，夏日的時間越來越長，選手或是特定運動的愛好者，越來越不太可能避免夏天的訓練，因此對於熱天適應的策略就會越來越重要。

熱適應策略

耐力運動的選手或是愛好者，會選擇在早上或晚上天氣較舒適的時候訓練，或許像是網球球員就必須培養出整天的熱適應能力。目前對於熱適應的一些策略，也有不少研究進行過不少的實驗，像是比較昂貴的主動式熱適應，或是相對便宜的被動式熱適應，都被認為可以降低悶熱天氣對運動表現的影響。

科學家會研究這些議題，主要是為了每4年舉辦一次的奧運，舉辦時天氣通常相當悶熱，溫度往往大於攝氏25度，濕度超過70%，一般認為這樣的天氣條件下，會降低運動表現以及耐力運動的持久性，因此熱適應的策略因而被重視。

就算在亞熱帶的台灣，長期處在悶熱環境下，對於熱適應也沒有我們自身想像的好。2018的倫敦馬拉松，溫度是史上最高的一次(23度)，看起來以台灣動輒30度以上的天氣似乎沒什麼，但是起跑在10點之後，非台灣常見的6-7點起跑，加上城市在陽光照射下的熱輻射，跑起來感覺一點都不輸給台灣的天氣。

主動的熱適應像是在運動場館裡，把溫度調到攝氏30-40度，濕度70度以上，在這樣的設施內進行為期約2週的運動；被動的熱適應則是進行30分鐘以上的運動後，浸泡30度以上的熱水或是進入蒸氣室。經歷這樣的過程後，可以對於悶熱天氣產生一定程度的抵抗。

除了主被動的熱適應外，比賽前的cooling、合適的水分補充、更好的代謝能力都被認為可以降低身體的核心溫度，更可以抵抗悶熱的環境。這4種策略都值得嘗試，但是身為運動員或是愛好者，應該都會想知道孰優孰劣，各自的優缺點或是對於個人可能值得先做哪種嘗試。

先說結論，以耐力運動員來說，可能幫助的優劣排名：

1. 有氧耐力
2. 主被動熱適應(2週以上為優)
3. 賽前cooling
4. 合適的補水策略

1. 有氧能力訓練：降低核心溫度

對於耐力運動員來說，有氧能力的訓練是這項運動最核心的能力之一，沒有好的有氧能力還來跟人玩什麼耐力運動。因此整個訓練的核心項目，也是為了培養更好的有氧能力。

經過訓練後的運動員，在擁有更好的有氧能力後，排汗的速度及皮膚血管的擴張，都可以進一步降低身體的核心溫度，進而達到對抗悶熱天氣的好處。同時經由這樣的訓練，耐力運動員可以忍受較高的核心溫度完成比賽，但這是一個雙面刃，可以忍受更高的溫度，但也可能在事後產生較大的傷害，善泳者溺，善跑者也是最容易產生意外的一群。不過在馬拉松比賽當「步兵」除了畫面難看外，很難有很大的意外。

2. 主被動熱適應

在經由不斷的濕熱環境刺激後，身體會對悶熱的環境產生適應。心血管及核心溫度可以在熱刺激後7天產生適應，有氧耐力及體溫調節能力則要14天以上的適應時間。經由熱適應後，可以發現在賽前有較低的核心體溫、較低的心律、較大的心輸出量及血液流量。同時經由皮膚的血流量也增加，進而增加身體熱能排出的能力。

然而，這些熱適應產生的好處，對於長期處在亞熱帶或熱帶國家的居民來說，可能已經長期接受這樣的刺激，去進行熱適應的策略並無法再帶來進一步的好處。同時也因為現代化的生活，讓身處這些國家的居民，因為使用空調而可能破壞身體調控溫度的能力。

熱適應策略所帶來的好處，很難很明確跟有氧耐力訓練所帶來的好處做清楚的切割，兩者帶來的好處機制類似，所以無法區分清楚是兩者加成抑或是單獨創造出好處。

3. 賽前cooling

利用cooling來降低運動時的核心溫度，可以延緩核心溫度的上升時間，藉由這樣的方式來達到延遲運動的疲勞或是能量消耗。Cooling的方式包含浸冷水、穿冰背心、吹冷風、喝冷飲等方式。

這些方式都可以有效地降低身體核心溫度，但是有研究發現cooling可能會破壞身體體溫調節的能力，也有可能造成運動員的不適，而無法進行這樣的策略。同時cooling也可能會讓運動員無法在比賽達到理想的身體運動溫度，進而無法達到最佳表現。

Cooling對於馬拉松、鐵人三項等大型比賽，有設備上取得不易的問題。除了菁英選手外，多數人都要提前進場排隊，不太有可能持續吹冷風、浸冰水的機會。所以現實上，cooling存在著不小的限制。

4. 體液補充

耐力運動中補充水分是一再被強調的觀念，要盡量維持身體體液的平衡，才能避免降低運動表現。同時體液在身體裡流動，可以藉由汗水蒸發來降低體溫，進而維持運動表現。一般認為體液流失2%可能會造成4%的運動表現下降。而過度飲水可能會造成電解質不平衡，進而產生其他問題，同時我們也不想因為過度飲水上廁所而損失比賽時間吧？

理想上，我們應該在比賽前就將身體保持在充足水分的狀態，並且在比賽時適當的補充水分。過與不及都不是我們所想要的。

運用

夏天持續在相對悶熱的天氣中保持運動習慣，可以讓身體的有氧耐力持續進步，更可藉由熱刺激來達到熱適應的效果。身處在台灣，應該是不必為了熱適應而去特別浸熱水、進烤箱，走出室外一切都是免錢的熱刺激。

Cooling相對較有爭議，但是在長距離課表時備涼的運動飲料，是可以稍微降低點核心溫度，同時可以補充電解質避免過度補充水分帶來的電解質不平衡。關於補水補能量的文章，我已寫過不少篇，就放在延伸閱讀中讓大家做參考吧！

延伸閱讀：
馬拉松補給怎麼吃?怎麼喝?
飲食及補給策略(漢森課表建議)
長跑練習 水怎麼喝?能量膠怎麼吃?

根據你自己的運動經驗，你應該知道體能有很多種類型。有些人騎單車遠比游泳厲害，有些人擅長速度而非距離，有些人非常強壯，但是跑不遠。基本上，這些運動需要不同型態的體能，我們稱此為「不同的能量系統」。而比較常見的用語是「有氧」與「無氧」，更容易理解的說法是「時間長、節奏慢的運動」以及「時間短、節奏快的運動」。

人們在不同運動中移動的形式，反映了不同運動有不同的體能需求，因此也有不同的能量需求。舉例來說，足球球員不斷地跑跑停停，或是不停慢跑又衝刺；網球選手先是靜止，接著快速啟動；長距離跑者總是用同樣的速度練跑。因為不同的運動需要不同的移動模式，也就需要不同的訓練方式。要了解你自己的訓練計畫不同的階段，你就得了解體能有哪些型態，以及它們運用的能量系統為何。

如果你是耐力型運動員，你也得了解影響這些能量系統運作的因素，而最重要的兩個因素是「營養」和「強度」。即使本書主要聚焦在心率訓練，但是在此我們會花點時間探討其他因素如何影響你的體能。

能量如何產生

心率對運動的反應受幾個因素主導，心肺系統是其中之一。因此，當我們討論心率時，也該涵蓋完整的心肺系統功能。這個系統將氧氣和能量運送給肌肉，我們可以把「運動時使用能量的能力」直接視為「肌肉的代謝能力」。

最基本的兩個能量代謝系統是「有氧系統」和「無氧系統」，它們分別使用不同的能源提供能量，你是否能順利瘦身或是在賽事中得名，端看其中一種能量系統訓練的成果。一般來說，時間較長、速度較慢的運動，例如越野滑雪以及長跑主要仰賴有氧系統，它會將脂肪轉化成能量。

衝刺型和爆發式運動，例如百米短跑，或是鍊球，主要仰賴無氧系統。團隊型的運動大體居中，兩種系統都會用到，不過各種團隊型運動對於不同系統的依存度差別很大。舉例來說，冰上曲棍球大約有80~90%屬於無氧，剩下的10~20%是有氧，足球則是一半一半。

這些代謝需求其實指明了訓練的方法：刻意偏向訓練某一種能量系統，或是訓練不足，不僅影響你的表現，也會影響你的恢復，甚至有受傷的風險。

三種能量系統

肌肉中最終的能量來源是三磷酸腺（adenosine triphosphate），一般簡寫為ATP。不管你吃或是喝什麼食物，最後都必須轉化成三磷酸腺才能被當作能量來運用。人體透過三種能量系統來釋放出三磷酸腺：磷酸－肌酸（ATP-PC）系統、無氧醣酵解系統（anaerobic glycolysis system ）、有氧系統（前二者都是無氧系統）。通常，一個能量系統會主導某個特定運動強度，但是這三種能量系統其實在各種運動類型中多少都會用到。

在三種能量系統中，利用心率監測來量測有氧運動的強度，相對簡單，也很可靠，當然這不是說無氧運動不能利用心率來量測，它也可以，尤其在強度最低的部分相當準確。然而，當運動強度持續上升，到達無氧運動的高強度區，心率反應就會產生延遲的現象，尤其是強度急遽上升時。這個延遲現象的確降低了它的可靠度，然而當延遲發生時，恢復心率量測的可靠度卻上升。因此，在這類情況下，心率計可能更適合作為恢復的量測工具。

磷酸－肌酸系統（ATP-PC）

磷酸－肌酸系統是一個非常強大的高能量系統，能夠快速地提供大量的能量，但是它只能維持幾秒鐘，主要用來應付衝刺和節奏極快的運動。多數的情況下，它需要最高或是接近最高強度的輸出，它同時也是任何一項運動，不管強度如何一開始幾秒最主要的能量來源。 這個能量系統仰賴儲存在肌肉的ATP，一旦有需要可以立即釋出。由於這個系統高度仰賴磷酸肌酸（creatine phosphate） ，所以力量型和速度型運動員經常補充肌酸，這個能量系統恢復的速度很快，通常只需要3到5分鐘。

當你在磷酸－肌酸系統為主的狀態下運動，心率的功用相對小很多，因為運動負荷增加很快，但是心率反應卻很遲緩、遠遠落後。就像在接著要說明的無氧醣酵解系統中運動一樣，此時心率計較適合用來測量恢復狀況。

無氧醣酵解系統

無氧醣酵解系統也可略稱為「醣酵解系統」，或是「乳酸系統」。現代運動科學又稱其為「快速醣酵解」或「慢速醣酵解」，這個系統主要在最高運動強度持續15到90秒時供應能量。它仰賴分解的碳水化合物，能夠非常快速地提供能量。不過因為它依賴碳水化合物，通常會導致乳酸的產生，這就是它有時也被稱為乳酸系統的原因。當氧氣供應量不足以完全分解碳水化合物（或是能量快速產生時），乳酸就成為最終的產物。當乳酸大量堆積，會產生一個酸性環境，讓你的雙腿變重，也讓肌肉縮放的能力受損。通常，在跑步或是騎單車爬上一個陡坡後，你會產生雙腿變重的感受；爬完坡之後，強度降低，肌肉又有餘裕可以再承受乳酸，你就可以繼續向前。

要在時間這麼短的無氧運動中運用心率協助訓練，的確有點困難。因為心率要反應到足以辨識運動強度的變化所需要的時間，有時就和該次無氧運動的時間差不多長。因此在週期較短的情況下（少於90秒），我們建議你不如將心率用在測量恢復所需的時間，而非實際的運動心率。當運動持續的時間拉長，超過90秒並維持在無氧區，你的心率反應才會值得參考。

有氧系統

最後一個能量系統是「有氧系統」，或者說「氧化系統」，它主要燃燒脂肪，可說擁有無窮盡的能量供應力。一個普通成人擁有約十萬卡路里的脂肪，有些人甚至多很多。有氧系統產生能量的速度很慢，但是餘裕充足，可以歷久不衰。由於運動的強度比較溫和，所以氧氣供應充足，讓分解速度慢的脂肪，也能夠被代謝。這就是為什麼耐力運動員總是比較精瘦，體重較輕的原因。

有氧系統主導的心率訓練區間，是運動強度在最大心率75%以下的部分。我們的挑戰是讓能量系統成為心率訓練區間的一部份。要多辛苦、或是最大心率百分之幾的強度的訓練，才會用到哪個能量系統？運動時你燃燒哪一種燃料，在特定強度下，燃燒的速度又如何？時間的長短又與這些能量系統有何關聯？要回答這些問題，我們必須更深入探討這些能量系統。

運動時的能量系統

將能量系統與時間因素連結起來，有助於你進一步了解兩者關係。如果你以最高強度分別運動15秒、90秒、以及5分鐘，你會得到一個很完整的能量系統分布（請參閱本書表4.2）。全力輸出的運動只要不超過15秒，主要使用磷酸－肌酸系統，如果是15到90秒之間，主要使用無氧醣酵解系統，超過90秒之後，就會使用有氧系統。田徑賽事剛好可以為前述現象作為佐證，本書表4.3即是各種田徑運動與相互搭配的主導能量系統。

能量補充需考量的營養成分因素

運動時使用的能量系統與營養素的類型，如碳水化合物、脂肪或是蛋白質等有密切關聯。簡單來說，有氧系統仰賴脂肪，而無氧醣酵解仰賴碳水化合物和蛋白質。磷酸－肌酸系統仰賴儲存在肌肉的ATP，在它全部釋放後即需立即透過有氧代謝補充。

不管什麼運動，恢復都是有氧型態，有時可能還需要補充碳水化合物，例如在長跑或是單車騎乘之後。無氧醣酵解系統主要仰賴碳水化合物和少量的蛋白質。不過，這個系統也會出現在有氧運動的過程中，當你在有氧運動中用完碳水化合物（又稱為撞牆期），就會處於低碳水化合物狀態。雖然人們多數認為有氧運動只會燃燒脂肪，其實它也會用到大量的碳水化合物，這是長距離耐力賽之後，必須適量補充碳水化合物的原因。

不同類型的運動對於體能的需求

對能量系統的了解，能釐清為何不同運動類型的運動員必須用不同的訓練方式。美式足球的後衛和2000公尺划船選手的訓練方式完全不同，因為訓練內容必須能激發和模擬正式競賽時主要使用的能量系統，這就是為何同一種運動的選手總是有近似的體型。精瘦、體重輕的選手通常受過良好的有氧系統訓練，體型壯碩、肌肉較多的選手通常以無氧訓練為主。所以足球選手和橄欖球選手體格大不相同，一個是衝刺型，一個是耐力型。

還有一個需要了解的是「肌肉形態」與「能量代謝」之間的關係。慢縮肌纖維（Slow-twitch fiber）利於耐力運動，通常燃燒脂肪，它們比較細小。快縮肌纖維（Fast-twitch fiber）利於力量型和速度型運動，通常燃燒碳水化合物，它們相對也比較粗壯。

不同能量系統的心率監測

在你了解三種能量系統與運動強度之間的關聯性之後，你可以選擇適當的心率來刺激特定的能量系統，並藉此設計出一系列的訓練課表。這個做法對於可監測強度的無氧醣酵解系統和有氧系統最為適合，但是一遇到時間短、強度極高的運動形態，例如衝刺，就會失去效用。然而，心率在偵測短時間高強度週期性運動（同時會用到磷酸－肌酸和無氧醣酵解兩個系統）的恢復情況時非常有用，因為你可以藉此來決定何時再開始重複衝刺，或是繼續休息等到心率下降到一定程度。

有些教練認為，當運動員的心率下降到最大心率的65%以下，就可以開始重複衝刺訓練。不幸的是，雖然在整個有氧運動區間裡，恢復心率是非常好的觀察指標，此時卻不足以用來判斷恢復狀況。當體能增強時，你應該會發現在前後兩次高強度訓練項目之間的恢復速度變得越來越快，即使仍在訓練的過程中也一樣。舉例來說，單車騎士在短上坡時心率常常會上升到非常接近最大心率，然後在幾分鐘之內就會落回到65~75%之間，這表示他具有優異的有氧能力。

要藉由這樣的心率與訓練資訊進行訓練，你必須仔細考慮下列幾點：

1. 你進行的運動，有氧和無氧的比例？
2. 根據你的能量代謝分配，你該如何分配有氧和無氧訓練的總時間？
3. 你應該用什麼樣的心率區間進行訓練，才能讓想要的能量系統向上提升？
4. 你是否考慮透過營養素的使用方式來增強能量系統的表現？
5. 在訓練暫停休息，或是剛結束一段短時間的高強度訓練時，你期盼怎樣的恢復心率？

找到上述問題的答案，就能幫助你為自己的訓練課程選擇正確的強度。

書籍資訊
◎本文摘自臉譜出版，羅伊．班森與狄克蘭．康諾利著作《心跳率，你最好的運動教練：解讀最佳體能指標，找到自己專屬的運動方式與進步關鍵》一書。全球頂尖運動教練一致推崇的「心跳率訓練法」完全聖經。掌握心跳率，你的運動計畫就成功了一半！

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