教官教導方法的原理說明

 

1.只用鼻子吸吐空氣:

 

人體在平常的狀態下,體內二氧化碳與氧氣的含量會達成動態的平衡,所以輕輕的吸一口氣就足夠提供身體所需的氧氣量。但是當身體進行劇烈運動時,該平衡就會被打破,因為身體內的氧氣會瞬間被大量的拿去燃燒(氧化)分解儲存在肌肉細胞內的「肌醣原」(muscle suger)來產生能量供肌肉細胞活動使用。

空氣中含有78%的氮氣(N2)、21%氧氣(O2)以及微量約0.04%的二氧化碳(CO2),

而人體未做劇烈運動下,呼出的氣體成分及比例約為:氮氣78%氧氣13-16%二氧化碳4-5.3%和溫度約36度的水蒸氣約5%所以人體在正常呼吸下,呼出的二氧化碳含量約為空氣中的100倍,當人體進行激烈運動時,呼出的二氧化碳含量將更高些。

鼻子吸入的空氣從氣管進入直到肺泡後,紅血球就利用擴散作用的機制來進行氣體交換,即大量攜帶二氧化碳的紅血球在肺泡壁上密佈的微血管網內集合,造成微血管內二氧化碳濃度比吸入的空氣中二氧化碳的含量更高,所以二氧化碳會被紅血球丟入肺泡內,被丟棄的二氧化碳再經吐氣帶出人體外;至於氧氣的濃度則是剛好相反,微血管中血液的氧氣濃度比肺泡中吸入的空氣來的低,所以氧氣會從肺泡擴散進入微血管網中,然後由紅血球帶走去供給細胞,如此完成氣體交換。

簡單來說,肺泡就像一顆哈密瓜,表面佈滿的網狀結構就是微血管網,紅血球在瓜體表面的網狀內流動,然後將二氧化碳丟入瓜體內,並同時從瓜體內的拿到氧氣後離開肺泡,而被丟入瓜體內的二氧化碳就進入瓜蒂再從口鼻排出體外,反之吸氣就是將空氣從口鼻帶入瓜蒂內再進入肺泡提供氧氣給紅血球帶走。

肺泡哈密瓜.jpg

     

肺泡比喻為哈密瓜

 

由鼻子吸入的空氣會在鼻腔中變得溫暖及潤濕。這個作用相當重要,因為這樣可以預防肺泡乾燥。假如肺泡長期處於乾冷的環境時,會萎縮而降低氣體交換效率(想像成一顆消氣萎縮的氣球)。

所以跑步時若用嘴巴吸氣,會持續吸入外界大量的乾冷空氣,造成口腔、喉嚨來不及濕潤而變得乾澀不舒服,肺泡也會變得乾燥而降低氣體交換效率。

 

2.「過度換氣」造成「縮缸」:

 

當人體因為劇烈運動而急促的呼吸換氣時,就可能會造成「過度換氣」,「過度換氣」會使肺部排出過多的二氧化碳,造成血液中二氧化碳含量迅速降低而引起血鈣降低、血液中鹼性升高,產生「呼吸性鹼中毒」(Respiratory Alkalosis)。

「呼吸性鹼中毒」會導致血管收縮,血管收縮時會使流入腦部的血量減少,造成腦部暫時性缺血而產生眼前發黑、胸悶或痛、頭暈、喘不過氣、四肢無力、麻木(特別是嘴唇附近及上肢)等,而嚴重的會因血鈣降低而引起肌肉抽搐、痙攣、休克昏迷等症狀。當跑步出現這些症狀時,就是教官所說的「縮缸」。

就木玄個人經驗,跑步時若因為「過度換氣」而發生暈眩等不適症狀時,就要立即停下來改用慢走的方式,並且短暫的憋氣幾秒鐘再吐氣,然後再緩緩的吸氣,如此反覆的做次直到不適感消除。這樣的目的是要阻止身體繼續吸入大量氧氣,同時使體內的二氧化碳含量能迅速累積,當體內有大量的二氧化碳,就可以促使血管擴張並刺激腦部清醒,血鈣也會升高。

 

3. 血糖過低所產生的「撞牆期」:

 

血液中血糖的主要成分是葡萄糖,血糖是人體新陳代謝的主要燃料,可提供肌肉細胞使用來產生運動能量。葡萄糖是人體內含量最多的單糖,也是細胞與大腦可以直接使用的「燃料」。當細胞氧化分解成葡萄糖而獲得能量時,分解後產生的二氧化碳會交給紅血球帶去到肺部的肺泡進行氣體交換。

體內若有多餘無用的葡萄糖,會藉由脫水縮合作用(脫水後扭轉分子結構的作用),聚合形成比較節省空間的「多醣」形式儲存,而存放在肝臟的多醣稱為肝醣原(glycogen,肝醣),儲存在肌肉細胞的多醣稱為肌醣原(muscle suger,肌醣)。

一般體重65公斤的正常人,其血液中約有6公克的血糖(市售一小包葡萄糖約5公克),肝臟儲存有肝醣94公克,肌肉細胞內有410公克的肌醣原,但是肌醣原只能提供肌肉細胞使用,不能用來提升血糖濃度。

一般人體內血糖的調節濃度約控制在800 ~ 1200 (毫克/每公升血液量)。以正常成年人的血液量為體重的7~8%來換算,65公斤的體重約有5.2公升的血液量,所以血液中約有6公克的血糖,如果食用大量醣類進入體內(例如吃掉一碗白米飯),而使血糖濃度飆高超過800 ~ 1200(毫克/每公升血液量)的話,身體就會開始將超過的部分轉化成肝醣原儲存。1公克的醣類可以產生4大卡(千卡)的熱量。

醫學界在做血液檢驗時常會要求空腹抽血,一部分原因就是要看飯前血糖濃度是否超過1260(毫克/每公升血液量)的高血糖上限值。

另一個可以提供肌肉細胞運動能量的來源就是脂肪。脂肪無法像葡萄糖一樣能直接給細胞使用,而要經過不斷的耗氧燃燒(氧化)分解後供給能量給細胞。1公克的脂肪可以產生9大卡(千卡)的熱量。

產生「撞牆期」的關鍵原因,就是大腦與中樞神經系統只能靠血糖來運作,脂肪無法直接供它們使用。以65公斤正常人來說,開始進行高強度的運動時,410公克的肌醣原撐不了多久就會被氧化殆盡,所以肌肉細胞開始會從血液中抽取血糖來使用,讓高強度的運動能繼續進行,但這樣會造成身體的血糖濃度開始降低,而刺激大腦分泌腺體刺激肝臟,命令其將所儲存的肝醣原轉換成葡萄糖,然後釋放到血液中給肌肉細胞及大腦自己使用,如此維持體內的血糖濃度能保持在800 ~ 1200 (毫克/每公升血液量)的範圍內。

但如果再繼續運動下去,當肝醣原也不敷肌肉細胞使用,且體內的血糖濃度低於500(毫克/每公升血液量)時,大腦感受到其所能運用的血糖越來越少,為了保護自己不要停機,便會製造負面的感覺情緒,讓持續在做高強度運動的人,其腦部意識開始產生強烈的無力感或飢餓感,而產生想放棄繼續運動下去的念頭;倘若血糖濃度再低於300(毫克/每公升血液量)時,大腦就會自動進入關機狀態,而使人失去意識形成昏厥(fainting)。

所以「撞牆期」可以解釋成一種大腦自我保護的機制,這種機制就是大腦藉由產生痛苦的感受,去迫使人體放棄繼續大量耗能的運動,而趕快停下來休息好讓血糖恢復,可視為一種防止昏厥的警告。

 

4. 起跑階段跑慢一點並連續大口吸氣的原理:

人體的運動能量產生系統可分為「有氧系統」( aerobic system ) 及「無氧系統」

( anaerobic systems ) 兩種,這兩者的差異主要是有無氧氣去參與代謝反應。其中「無氧系統」又區分為兩種,分別為「三磷酸腺苷 - 磷酸肌酸系統 」(Adenosine Triphosphate – Phospho Creatine , ATP-PC system ) 簡稱「磷酸-肌酸系統」以及「乳酸系統」( Lactic Acid System ) 

這裡用一個想像來說明三者的運作關係,假設有三個人分別名叫「肌酸」(是位百米短跑悍將),以及「乳酸」(是位400公尺短跑好手)與「有氧系統」(是位馬拉松高手)。他們三人要進行繞高雄澄清湖的接力跑步,規定是接力棒要在最短的時間內抵達終點,並且三個人無論速度快慢也都要跑到終點才算完成。

這時肌酸在起點,乳酸與有氧系統則分別在距離起點 100 公尺與500 公尺處準備起跑。槍響後三人同時跑動,高速度的肌酸奮力在12秒左右追到乳酸,並將接力棒交給乳酸後變成邊喘氣邊慢跑,速度比有氧系統更慢;中速度的乳酸則在將近兩分鐘時追到有氧系統,交棒給有氧系統後也變成跑得比有氧系統慢,最後就靠有氧系統慢慢加速來爭取秒數抵達終點,而此時肌酸與乳酸,只能在有氧系統的後面喘氣慢慢跑向終點。

由此可以看出在起跑時是由肌酸主導供應身體所需的運動能量(因為接力棒在肌酸手裡)但供應時間最短,此時乳酸系統則在緩慢的進行 無氧醣酵解 ( anaerobic glycolysis ) 去分解肌醣原,因為此過程與用酵母菌使葡萄糖發酵的釀酒過程相似,故叫無氧醣酵解;有氧系統也在慢慢的燃燒脂肪來提供能量中。

雖然由肌酸與乳酸倆個人各自主導的秒數(指握有接力棒的時間)總和不到三分鐘,但是他們倆人產生出來的熱量可以製造出高溫環境,有助於有氧系統更快的分解燃燒脂肪。人體運動時的能量產生系統,就是三者同時作動,而提供不同程度的主導貢獻,如下圖所示。

能量供應曲線圖.jpg

 

這裡用爐灶燒柴來比喻醣份氧化的過程:醣份就像爐灶裡的木柴,當木柴表面突然劇烈氧化時就形成燃燒而產生熱能,所以細胞內的醣份(木柴)需要氧氣燃燒去產生熱能及副產物包含二氧化碳及水,反應的化學式概略如下所示:

C6H12O6 (葡萄糖) + 6O2+ 6H2O → 12H2O() + 6CO2 (二氧化碳)

在做劇烈運動時,會先直接分解「磷酸-肌酸」系統,以供給肌肉細胞做收縮運動時所需的能量,再由「乳酸系統」持續大量的將肌肉細胞中的肌醣原做不完全燃燒,意即「乳酸系統」所進行的 無氧醣酵解,就是讓肌醣原未完全氧化,而趕快提供一部分熱能給細胞使用後就立即丟掉,不在乎經濟效率而用得很浪費。「乳酸系統」提供相當於10 12 千卡的能量,約為「磷酸-肌酸系統」的2倍。

換做剛剛的比喻來說,也就是將燃燒未完全的木柴(醣份)只燃燒一部分就抽出爐灶丟掉,而這種燃燒未完全的木柴(醣份)就是乳酸,乳酸會快速增加的堆積在肌肉內等待排入血液中,而排出肌肉的「乳酸」隨血液流到肝臟時,再由肝臟分解形成可用的葡萄糖供身體使用,所以肌醣原無法提升血糖濃度,只有肝醣原可以。

當在肌肉中累積過多「乳酸」,這種未氧化完全的醣份時,就會造成肌肉的腫脹、變酸或僵硬(因肌肉內卡滿乳酸而失去彈性),所以就會產生肌肉的酸痛或抽筋,影響肌肉的活動能力。當乳酸積累到某一個上限後,人體便會因為肌肉嚴重的疲勞而被逼停止運動。

所謂的「血乳酸閾(ㄩˋ)值」(Lactate Threshold)就是指肌肉細胞耗用肌醣原而產生的乳酸含量,與肝臟轉換乳酸成為葡萄糖給肌肉細胞使用的含量,兩者達到動態平衡時的量值。簡單說就是產生與使用,這兩者的量達成一樣多時的量值,就稱為「血乳酸閾值」。而在此狀態下的跑速稱為「臨界速度」,或稱 T強度(之後會有簡介)。

 

當速度高於「臨界速度」時即進入「無氧區間」;低於「臨界速度」則進入「有氧區間」。

若乳酸急遽增加累積時,會使體內變成偏酸的環境,而抑制一些有助於無氧醣酵解的酵素做正常運作,導致「乳酸系統」無法一直持續的主導提供能量,所以才會交棒給「有氧系統」。

「有氧系統」是將體內的血糖與脂肪做耗氧燃燒(氧化),產生運動能量給肌肉細胞使用。脂肪作有氧分解提供能量時,要比用醣份時多消耗約15%的氧氣,所以「有氧系統」需要耗損大量的氧氣。

因此教官要大家起跑時跑慢一點,並且一直大口的吸氣,就是因為運動會急速消耗掉大量的氧氣,所以要先讓身體內的氧氣含量提升。

這裡可以做個實驗,身體在未運動的靜止狀態下,如果一直反覆快速的吸吐大量空氣,不用幾秒就會感到頭暈眼花,這就是「過度換氣」的反應症狀,因為此時體內的氧氣的含量遠遠大於二氧化碳的含量。

起跑時慢慢跑並大量吸氣,如此可以大幅減少耗氧量。大約跑了兩分鐘後(約跑完400公尺操場一圈左右)切換到「有氧系統」主導能量供應時,因為先前早就不斷吸入大量的氧氣,因此「有氧系統」才能一直得到氧氣去燃燒脂肪以供能。

如果沒有先大量的吸氣,當耗氧量劇烈增加而使體內含氧量過低時,脂肪就無法被燃燒出能量來供肌肉細胞使用,再加上體內累積過多激增的二氧化碳,刺激了延腦去命令呼吸系統加快吸入大量的氧氣,反而瞬間會變成氧氣量遠大於二氧化碳的量,這就造成「過度換氣」,即血管中的二氧化碳含量過低時就「縮缸」了。

當肌肉細胞將肌醣原用完後,就會抽取血液中的血糖,給肌肉細胞內的粒線體燃燒供能,而血糖降低就會產生「撞牆期」。

如果能使「有氧系統」有足夠的氧氣來燃燒脂肪,就能讓能量供給再次遞補上來給肌肉細胞使用時,肌肉細胞就會停止抽取血糖來使用。血糖被肌肉細胞抽取的同時,胰臟會分泌「升糖素 (glucagon)」來促進肝臟分解肝醣原,形成葡萄糖來提升血糖值。當大腦感受到血糖值恢復到可接受的濃度時,就會停止製造出不舒服的痛苦感覺,所以就稱身體已撐過「撞牆期」又能繼續跑下去,甚至提升出速度來。

簡單說就是「乳酸系統」要交棒給「有氧系統」前,大腦因為血糖降低而產生「撞牆期」的痛苦感受,如果身體能越快切換成讓「有氧系統」主導時,肌肉細胞就不再耗用血糖,而就能使「撞牆期」越短,這就是教官教導大家起跑慢,並大口吸氣之目的。

另外在「撞牆期」期間要手快、腳快和呼吸快的輪替進行,就是為了要加快心跳與呼吸讓血液循環變快,使體內的「乳酸」加速運送至肝臟後,再做轉換處理成葡萄糖利用,藉此快速降低體內「乳酸」的含量,以消除身體酸痛、疲勞等不適感。

 

5. 正面思考情緒的心理建設:

 

羅教官提醒平時的測驗成績若太剛好(指在合格值的邊緣值)是有點危險的,要多個20秒當戰備糧,以防當天下雨及緊張!

另外教官常說的在正式考試時,成績會快個20~25秒,如此可以增進大家的信心。在跑步感到痛苦的時候,就要提醒自己「撐過去就是你的」!

就木玄個人的經驗,當決定要報考「需要考跑步」的考試時,平時沒有在練跑的人,就要開始訓練自己跑步與鍛鍊體能。若等到筆試通過後再訓練,往往都已緩不濟急,造成體測失敗的機率是非常高。對沒有平時練跑的人,木玄建議千萬不要一開始就以跑步合格的門檻為目標,這樣會很容易就會喪失意志力,甚至會放棄繼續努力的意願。

一定要先訂立自己能容易達到的目標門檻,再循序漸進「但進度不能太慢」的朝向合格的門檻前進。練習時有達到合格的門檻後,接下來還要持續的警惕自己,務必要保持最佳狀態直到考試當天,中間絕對不可以鬆懈或不想跑,也要注意自身的安全,不要受到讓腳不能跑的傷。

平時就要幾乎每天對自己不找理由、不說藉口的穿上運動鞋去跑。在訓練初期跑多跑少都沒關係,強調的是先要養成跑步的習慣。當身體習慣後,腦裡那個叫你不要去跑步的聲音就會越來越小。

因為痛苦是一項永遠無法習慣的事,面對痛苦都需要動用到意志力來克服。如果能常常面對痛苦,是可使自己用越來越小的意志力去克服它。

 

「跑步除了可以鍛鍊身體外,最重要的是可以練心,練心的方式就是學會割捨,捨得越多的雜念與慾望時,心就越會堅強。」(徐國峰老師)

創作者介紹
創作者 ms1212 的頭像
ms1212

※ 木 玄 ※ 木 玄 ※ 木 玄 ※ 木 玄 ※ 木 玄 ※

ms1212 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣()