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運動為什麼會讓我們健康呢? 今天不只討論運動和血糖的關係， 也討論為什麼人會變胖變瘦。
也順便介紹人體運動時使用的能源狀況，並在文末討論最近減脂常被提及的生酮飲食
在文章最一開始，我們就要介紹身體最重要的能量來源—醣。
醣，這個酉字邊的醣，代表的是廣泛的碳水化合物們，
主要就是飲食裡的糖、澱粉，還有身體裡面的肝醣。為什麼是最重要的呢？
因為神經細胞只能使用他，缺少的時候大腦就會大吵大鬧，輕則飢餓、頭暈、顫抖，重則失神甚至昏迷。
這些症狀，
其實都是"自私"的大腦，為了保護自己的食物而啟動的機制，
目的就是節省葡萄糖(glucose sparing)。
Glucose sparing，就是希望身體能不要用醣的時候就不要用，
雖然前面提到的目的是把醣留下來給大腦，但其中也有很大的意義是使用身體儲存最多的能源—脂肪。
用很簡單的數學就可以知道一個50公斤，體脂肪25%的女生，有12,500公克的脂肪可以提供超過110,000大卡的能量；
相反地，醣類只能提供約2,000多大卡的能量。
這其中的原理其實跟人類的演化有很大的關係：因為人類的飲食習慣與遷徙特性，
比起需要大量水分(約3倍的重量)才能儲存每公克產能4大卡的醣類，
每公克能產生9大卡的脂肪是最佳的能量儲存方式(還能禦寒呢)。
而一般我們日常生活中的行走、呼吸、產熱，脂肪其實都也負責了很大比例的能量支出，
無奈我們現在都吃太好了，收入大於支出的情況下，呼吸就會瘦是很難做到的。
不過在上面的圖，我們可以發現在最大攝氧量(VO2max)65%的運動強度下(在這裡我們就說有氧運動好了)，
身體會消耗很多的脂肪，這也是以前的人總是說要減脂就要做有氧運動的原因。
在運動強度提升的時候，因為脂肪提供身體能量的速率小於身體消耗的速率，
我們就開始使用醣類作為能量的燃料來源
(因為產生ATP的速率，醣解>檸檬酸循環>脂肪降解, β-oxidation)。
燃燒醣類雖然可以補償能量的快速消耗，但是別忘記我們身體裡的醣真的沒有很多，
所以當醣快用完的時候大腦就告訴你：我不行了，哭哭。
但是發現因為高強度運動整體消耗的能量更多，對肌肉成長的刺激也更大，
而且當肌肉量增加時基礎代謝率也會隨之提升，所以高強度運動現在是減肥運動的主流。
醣類在血液系統的一個濃度指標就是血糖，醣類平常以肝醣的形式儲存在身體各處肌肉組織以及肝臟，
在需要的時候藉由血液輸送到身體各處。
而血糖的調整主要就是由大家耳熟能詳的胰島素和升醣素來控制。
這個關係其實很簡單，胰島素就是靠著叫細胞們(主要是肌肉肌細胞)攝入多一點葡萄糖到細胞內堆積成肝醣；
而升醣素則是叫細胞把醣吐出來到血液裡，就是這麼簡單。
在我們吃飯以後，食物被消化、吸收，血糖就會隨之上升。
而上升的幅度，就和食物的GI值(Glycemic Index)有關了：
高GI質的食物，就是被消化得快、被吸收得也快，所以吃完之後血糖一下子就升上去了，
常見的代表就是加工過的精緻食物；相反地，低GI的食物就是會比較慢被消化，
慢慢釋出醣類、慢慢地被吸收。
高低GI的攝取並沒有絕對的對與錯，要注意的是吃的時間：
在運動前兩個小時會建議低GI飲食(綠燈)，為了是避免高GI造成高血糖時，
產生大量胰島素發揮效果正要降低高血糖的時間點(這也是吃飽想睡的原因)
我們剛好又在高強度運動中消耗血糖，最後會造成能量不足的提早沒力；
而在運動的當下或運動之中，我們就可以吃高GI的食物或飲料來補充能量。
而降血糖的胰島素失調，就是糖尿病。
當沒有胰島素或胰島素沒有辦法發揮功能叫細胞把血糖吃進去的時候，
在血液中的葡萄糖就會持續增加，過高的血糖會因為代謝壓力(oxidative stress)的關係，
造成血管細胞很大的傷害，所以會有心血管疾病、腦中風、視網膜血管出血等併發症。
另外，因為肌肉細胞的養分攝取不足，肌肉量就會逐漸減少，
這和在糖尿病初期就會有明顯的體重減輕是有直接相關的。
那運動跟血糖有什麼關係呢？
其實後天的糖尿病(第二型糖尿病)和身體的不活動(physical inactivity)有很大的關係。
雖然第二型糖尿病的直接病因科學家還在研究當中，
但是目前的實驗證據都顯示肥胖與不運動是糖尿病的高度危險因子。
後天的糖尿病換一個角度來看就是胰島素抵抗(Insulin resistance)，
細胞不接受胰島素的訊號傳遞。
原因呢？很大的可能就是細胞認為自己已經有很多的肝醣(下圖)儲存能量了，
無法再吃下更多血中的葡萄糖。
最後在始終無法控制上升血糖的惡性循環裡，胰島素的量持續升高，
而細胞的反應就更加冷漠(抵抗)，終於胰臟的胰島因工作過量而壞死，
悲慘的不可逆傷害就越來越嚴重。
所以，從減少危險因子的角度來說，運動是可以減少糖尿病的發生機率。
因為運動可以幫助細胞提升對胰島素的反應，而攝入血中的醣類到細胞內，
維持正常的身體運作。
不論是肥胖的人或是糖尿病患者，
肌肉細胞攝取葡萄糖的能力都在運動之後有顯著的增加，
並且在實驗裡發現是因為胰島素依賴型(insulin dependent)的
葡萄糖運轉蛋白4(Glucose transporter type 4, GLUT4)的數量增加，
所以細胞在感受胰島素的刺激下產生更多的葡萄糖攝取通道，
達到控制血糖、儲存能量的結果。
回到Glucose sparing，自私的大腦感覺快要沒飯吃就會叫你停，
這其實是一個好的機制，不然你會跑到死掉。
但是隨著運動的強度提升，身體使用的能量就是會由脂肪轉變成醣，
那運動員為什麼可以維持看似體力無限的高強度運動呢？
答案是訓練，身體在經過訓練的刺激之後，
在攝氧能力、心肺功能輸出、粒線體的數量提升等，
巨觀、微觀的層面都會有明顯的提升。
可以藉由觀察常見的無氧代謝產物—乳酸，
了解身體對有氧/無氧的功能：有氧與無氧不是一個非黑即白的分界，
是比例的分配。
因為醣脂的碳氧比例不同，可以由呼吸轉換比率RER, respiratory exchange ratio求出能量比例分配，
RER=0.7代表消耗的能量以脂肪為主；RER接近1.0則代表消耗葡萄糖為主。
一位長跑健將在80%VO2max強度的時候，能量的分配可能是醣50：脂50；
而籃球選手在強度80%的時候，能量分配可能是醣80：脂20。
這中間的差異就是長跑選手可以在這個強度下維持較久；
而籃球選手可能在這樣相同的強度下能有相對更強的肌力、爆發力。
在上圖的研究當中(由Lactate Threshold的提升)，
我們了解到這個有氧/無氧的比例是可以隨著訓練提升的，
說明了長跑選手的有氧能力比較強也是這麼一點一滴地訓練出來的。
在有氧能力比較強的情況下，燃脂的比例提升，體脂就會普遍更低；
另外在運動時間的表現上，
也因為比較晚或者較少使用葡萄的glucose sparing情況下，
能夠在同樣強度(速度)下更持久而不會累。
但在優秀的有氧能力下，運動員依然還是需要些許的醣類提供燃脂產能的不足，
這是也是為什麼當低醣飲食後在比較高強度的運動時會心有餘而力不足。
在只要不是100%的燃脂產能，
人都還是會需要醣類來提供能量(因為醣燒起來就還是比較快)。
況且，最極端的有氧運動：馬拉松，在最後衝線的時候還是需要無氧燃料給予的支持。
說到低醣飲食，人體在極端的惡劣環境下(長期饑餓)
我們肝臟細胞會代謝儲存的脂肪產生酮體，以供神經系統應急，
此時會減少醣類的使用，並消耗大量的脂肪，甚至是某種形式的浪費脂肪。
當我們以低碳水化合物、中量蛋白質與高量脂肪來模仿這樣的飲食環境，
就是生酮飲食。過去常使用於治療藥物無法控制的癲癇孩童，
但現在嘗試此飲食用於減脂的人也不在少數。
不過在低醣的前提下，已經大大限制了高強度運動的表現，
所以一般追求表現成績的時候，此類的方法不是一個好選擇。
延伸閱讀：
低氧運動環境提升有氧與燃脂的能力
http://coretrain.blogspot.tw/2017/03/blog-post.html
乳清蛋白不能幫助增長肌肉? !
http://coretrain.blogspot.tw/2017/01/blog-post.html