[隔夜茶]

這是我們的實驗室成員所發表的。我們也對田徑隊做了實驗，對高強度比賽與訓練，其運動表現有很大的幫助，對訓練與競賽品質是可以改善的。冀望對攀岩的您有所幫助。


被忽略的營養素－礦物質「鎂（mg）」與運動生理及表現之探討
發表者：王嘉吉 張嘉澤/國立體育學院教練研究所

壹、前言

良好的運動能力受訓練、遺傳、營養、心理素質等多方面的影響，其中營養對健康及運動能力的影響與重要性，已越來越受到教練和運動員的重視，因適當的營養攝取和補充已是影響運動員的生理健康和表現的重要因素之一，但其焦點大都集中在能量代謝系統的三大來源：醣類、蛋白質和脂肪及微量營養素維他命，較不注重礦物質之攝取及重要性。在運動營養學中礦物質與維他命同樣屬於微量營養素，礦物質和維他命一樣主要也是扮演酵素活化劑的角色，使身體能迅速確實地執行各項活動代謝，包含體液的組成、血液及骨骼的形成，以及肌肉神經組織功能的維持等，但礦物質受到的關注及重視卻不及維他命群，常忽略了它的重要性，Berg & Keul(1990)指出主要原因在於維他命類缺乏時會立即造成許多疾病的產生，而礦物質缺乏時並不會立即產生疾病。且由於礦物質所構成人體的部分和攝取需求的份量不多，所以也是造成受到忽略的因素之一，但是缺乏礦物質時，體內許多系統就無法正常運作，對生理或心理都會產生不良的影響。

礦物質約佔體重的4%，可分為巨量礦物質(macrominerals)，如：鈣(Ca)、鉀(K)、鎂(Mg)、鈉(Na)等七種和微量礦物質(microminerals)，如鉻(Cr)、銅(Cu)、鐵(Fe)等十二種，皆具有調整身體功能的作用。Jeukendrup & Gleeson(2004)曾針對優秀男女運動員進行礦物質攝取的調查，顯示鎂相較於其他礦物質如：鈣、鐵、鋅等，在飲食攝取、功能了解和補充上是屬於一種被忽略的礦物質，Eisenman, Johnson, & Benson (1990)也指出鎂很少受到關注，幾乎忘記它的存在及可能對運動員生理和表現產生的影響，可是沒有一個礦物質的功能性能像鎂一樣廣泛參與人體內生化反應變化。鎂包含了人體許多的生理功能，如：能量代謝、神經刺激傳導、肌肉收縮、蛋白質合成、體溫調節等，這對運動員的生理適應及表現都有很大的影響，而運動員在訓練或比賽時，須依靠體內細胞一系列複雜有效率的生物化學反應以提供維持著運動之能量，尤其是線苷酸三磷酸 (ATP)的合成與儲存，ATP是人體細胞直接利用能量的高能分子，ATP的合成主要是藉由細胞質內的醣酵解作用(glycolysis)、檸檬酸循環(citric acid cycle)和電子傳遞鏈(electron transport chain)三種生化反應 ， 而鎂與參與上述三種生化反應過程中的酵素活化有關，且ATP也必需與鎂形成複合體才能達到穩定分子的作用，否則ATP無法穩定的存在而使細胞的代謝不穩定。

Finstad et al.(2001)提到由於運動員在訓練或比賽期間會消耗體內儲存的鎂，所以運動員必須增加攝取比每日建議攝取量(Recommended Dietary Allowance, RDA)更多的鎂攝取量，Newhouse & Finstad (2000)指出任何使人體水分大量流失的方式(腹瀉、流汗)都會造成鎂的流失，而易造成肌肉抽筋、收縮能力下降的情況發生。Deuster, Dolev, Kyle, Anderson, & Schoomaker (1987)也指出運動員經過短暫高強度無氧訓練會降低血清中的鎂濃度或增加尿液中鎂的排泄量，而Berg et al.(1990)研究中也發現運動時間越長，體內鎂流失越多。所以在運動過程中，人體若無充分的鎂含量及適時補充，不僅可能影響運動能力，而且運動中還會發生肌肉抽筋、痙攣現象，進而影響運動表現和安全。而Williams(1999)指出長期缺乏鎂會增加運動員發生意外的發生率，如心肌及冠狀動脈中缺鎂，將會增加運動性昏厥的情況發生，嚴重將導致心臟驟停而猝死於運動中。故長期訓練的運動員應每天至少補充300mg鎂的維持量，這將有助於訓練效果的提升、增進運動表現和防止運動中發生意外(Kies & Driskell, 1995)。因此本文目的在於提供教練及運動員瞭解礦物質－鎂的生理功能與在運動生理及表現上之關係、扮演的角色與重要性。

貳、鎂之生理機轉與功能

礦物質－鎂(Magnesium, Mg2+)是一種二價的金屬陽離子，在人體中的含量為第4多的礦物質，而在細胞內液中則僅次於鉀的陽離子，在細胞內時鎂附著在磷脂質上作為細胞膜的一部分，具有維持細胞穩定性的作用。人體大約有20-30克的鎂含量，其中50-60%是以磷酸鎂或碳酸鎂的形式存於骨骼中，約39%分佈在肌肉及軟組織，1%於細胞外液，只有約0.03%在血清(serum)中，但血清鎂濃度通常用來評估人體鎂狀態的標準之ㄧ(Weller et al.,1998 ; Driskell & Wolinsky, 2002)。腎臟是維持鎂體內恆定及排泄的主要器官，65 %的鎂在腎亨氏管髓質厚上升枝細胞(the medullary thick ascending limb of loop of Henle)中過濾和20 - 30 %由近側彎曲小管(proximal tubule)重吸收(Fawcett, Haxby, & Male, 1999)，所以當鎂缺乏，低鎂飲食攝取及副甲狀腺素濃度過高時，則會促使腎臟對鎂再吸收的能力增加，以維持體內鎂平衡，而小腸是吸收鎂的主要器官，其對鎂的吸收是主動轉運過程，吸收部位主要在回腸，每日鎂的吸收量約為2 - 7.5mg Mg/kg，未吸收部位則隨排泄物排出。鎂的主要功能在於參與人體內大部分生物合成過程(biosynthesis process)、肌肉的收縮和體溫、血壓調節等，並且還影響心血管的張力並與神經肌肉和心臟功能有密切相關，所以鎂是影響生理表現的重要因素之一。以下為鎂之主要生理功能：


一、酵素反應之輔助物質
酵素於有氧、無氧狀態新陳代謝的能量產生上，主要功能就是增加體內產生ATP之化學反應速度，以提供人體運動時肌肉的收縮的能量。而鎂是許多如：磷酸鹽酵素(phosphatases)、磷基轉移酶(transphosphorylases)等超過300種人體酵素作用時，所必需的輔因子(Lukaski,1995)。且鎂間接以Mg2+-ATP聚合體來降低ATP分子的負電性，參與一切需要ATP的生化反應或直接活化酵素參與有氧和無氧代謝途徑產生能量，故若缺乏鎂將降低代謝速度。


二、維持基因分子之正常功能
鎂對於去氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)和核酸糖小體(ribosomes)的形態和功能的維持也是相當重要的物質(Kies & Driskell, 1995)，主要在細胞核內DNA的複製過程中確保細胞在有絲分裂時能被正確的複製和進行蛋白質合成的轉錄階段中維持DNA雙股螺旋的穩定性，在核糖酸小體中RNA分子上攜帶遺傳基因訊息的傳譯作用(translation)及製造傳遞分子環狀單磷酸核甘酸(cyclic AMP) 過程中是不可或缺的物質。因此鎂與體內重要的生物高分子蛋白質、核酸、酶的結構、代謝與功能都有密切關係


三、心臟血管系統的健康
鎂可以調節心肌的張力和心臟自主神經系統的傳導(Douban & Brodsky, 1995)，主要讓心肌的收縮控制符合全身系統的血液需求和控制心跳速率和強度的神經，使其不會有過度或不足的情況和控制心肌細胞內鉀離子過度往外移出作用，維持細胞內鉀恆定，可避免產生心率不整，Teragawa et al.(2001)研究指出注入高劑量的硫酸鎂(MgSO4)，可增加冠狀動脈的血流量，所以一旦身體缺鎂，心臟的反應最明顯，心跳速度和血壓都會受到干擾。

四、調節神經細胞之功能
鎂對於神經元交接處的神經訊息激發傳導十分重要，如果鎂攝取不足，神經細胞會變得十分容易受到刺激，一點小小的刺激都會使神經細胞興奮，所以會發生情緒容易激動或視覺過於容易受激的現象。

五、維持肌肉之功能
鈣與乙醯膽鹼(acetyl choline)是使肌肉收縮的重要化學物質，但是肌肉的運動功能並不能只靠收縮，還要依賴放鬆來回復原來狀態，而鎂就是負責使肌肉放鬆的要素，因此如果缺乏鎂會導致使肌肉組織細胞處在一種緊繃無法放鬆的狀態，而容易有抽搐、痙攣等病症，此外它輔助體內鈣質的吸收和維持體內平衡，因此對肌肉功能的影響是直接也是間接的。

參、鎂與運動生理及表現之相關探討

目前已有許多研究指出鎂對於能量產生代謝和調節酵素的活化過程中是重要的因子之一，故大部分研究之目的主要在探討運動後體內鎂之變化情形、體內鎂的狀態與運動員生理與表現之關係和補充鎂後對運動員生理與表現之效益，故以下藉由整理相關研究來進行分析探討鎂與運動生理及表現之關係。

一、運動後對體內鎂變化之相關研究
Deuster et al.(1987)研究中指出高強度的無氧運動後會改變體內鎂的平衡。研究中以13名男性接受間隔1天1次共1周的個人最大氧攝取量的90%強度的跑步機間歇訓練直到耗竭，並接受標準的飲食控制(115mg Mg/1000kcal)。在訓練當天前、後測量紅血球和血漿鎂的含量，並於訓練計畫開始前、訓練當天和隔天收集24小時的尿液進行分析。結果顯示訓練後血漿中的鎂含量顯著減少6.8%，其中減少的部份有超過85%轉移至紅血球中，而在訓練當天尿液中鎂的排泄量顯著增加，而增加量與運動後血乳酸濃度和恢復期的氧攝取量有顯著的相關，這些資料指出在高強度的無氧運動後會引起血液內鎂相關部分之間的轉移和尿液中鎂排泄量的增加，研究中提出運動導致鎂排泄量的增加在於運動的強度。

Resina et al.(1994)的研究探討了長時間的耐力訓練週期對紅血球內與血液中的鎂濃度與雙磷酸甘油酸(2,3-diphosphoglycerate, 2,3-DPG)濃度之變化情形。研究中以1位女性10位男性有馬拉松訓練經驗的選手，實施2個月週期訓練，並於訓練前、第1個月結束與第2個月結束共三個階段採取樣本進行分析探討，其結果發現2,3-DPG會隨者運動強度而顯著變化且和紅血球內的鎂含量呈現負相關的情形，這與Lukaski, Bolonchuk, Klevay, Milne, & Standstead (1983)提出血中鎂濃度高時會促進2,3-DPG增加而改善有氧表現的結果不同，研究中則提到是由於高強度訓練時的壓力會使兒茶酚胺(catecholamine)濃度提高而增加2,3-DPG產生和紅血球中鎂的釋放，而在第1和2個月後血液中的鎂顯著降低，是由於鎂的流失和轉移到其他的細胞組織所應用。

Noriko, Masato, Katushiko, & Masatoshi (1998)也針對長時間的運動對血清鎂的變化、尿液的鎂排泄量、脂質代謝和荷爾蒙反應之間的關係。研究中以6名馬拉松選手參與全程的馬拉松比賽前後及1週的恢復期收集了選手的血清鎂、尿液中鎂的排泄量、血脂質、血液中的荷爾蒙：皮質醇(cortisol)、醛固酮(aldosterone)進行分析探討。結果顯示在比賽後血清鎂、尿液中的鎂排泄量顯著的減少和腎臟的鎂再吸收率則升高持續1周，而血清內的鎂減少和鎂再吸收率呈現負相關，故得知當血清內的鎂減少則促進腎臟對鎂的再吸收率，在血漿中的荷爾蒙反應則與鎂再吸收率無顯著相關，所以長時間的運動後荷爾蒙反應對促進鎂的再吸收率仍需要探討，研究中提到在血清鎂的減少，不一定是消耗而可能是轉移到肌肉、紅血球和脂肪細胞中，而比賽後血清中自由脂肪酸增加，主要是脂質分解作用的提升，所以這可能是導致血清鎂減少的主要原因。

綜合上述相關研究可得知在長時間有氧及高強度無氧的運動後，會導致血液內的鎂產生反應變化，而原因在運動時血液鎂會參與各個運動時相關組織的反應需求，如肌肉組織的產生能量的新陳代謝和脂肪組織的分解等。而高強度的無氧運動會導致尿中鎂排泄量的短暫增加，低強度的有氧運動則因腎臟對鎂的再吸收率增加，而降低尿中鎂的排泄量。


二、體內鎂狀態與運動生理及表現之相關研究
了解體內鎂的狀態與運動能力之關係，一直是許多學者想探討研究的方向，尤其是體內鎂缺乏時對運動能力與表現之影響，因許多研究皆指出多數的運動員都有輕微的鎂缺乏狀態(Morgan et al,1985 ; Lukaski,2000 ; Newhouse & Finstad,2000)，但目前為止鎂缺乏對運動生理與表現之人體實驗研究受到許多限制，McDonald & Keen(1988)提到主要原因如：須長期配合低鎂飲食而可能導致影響受試者健康和控制受試者在輕微或嚴重缺乏鎂的相關理論機制仍需更多研究確定等因素，故研究大都集中在動物實驗方面進行探討。

Keen, Lowney, Gershwin, Sternc, & Hhurley(1985)的研究中以未訓練的實驗性老鼠探討鎂缺乏對其耐力能力之影響，在這研究中分為4組餵食量為50、100、200、400μg Mg/g，結果指出當老鼠的鎂攝取量在200-400μg Mg/g時，在設定0.7km/hr的跑步機上平均運動時間為6小時，而攝取量為50-100μg Mg/g時則為4小時。Laires, Rayssiguier, Guezennec, Alves, & Halpern(1989)的研究中也以剛斷奶老鼠分為兩組－高餵食量960μg Mg/g和低餵食量35μg Mg/g，結果顯示高餵食量組在20m/min的跑步機上運動的平均時間為120分，低餵食量組平均時間則只有87分，所以從上述研究結果得知鎂缺乏是影響運動能力的因子，但在Keen, Gershwin, Lowney, Hurley, & Stern(1987)研究中提到鎂缺乏的老鼠都有一些如輕微貧血、低血蛋白和胰島素及鈣、鋅、鐵代謝的改變等共同因子。所以運動能力的降低，不完全是鎂缺乏這項單因子所導致，但從動物實驗方面可以得知體內鎂狀態是影響運動能力的因素之一，而Liu, Borowski, & Rose(1983)指出1名長期從事戶外網球運動的女性因具有低血鎂(0.65mmol/l)的情形，而導致經常發生短暫的肌肉痙攣的現象，Lukaski et al.(1983)研究中支持體內鎂狀態是影響運動能力的因素之一，在研究中以44大學運動員為對象，主要是比較血漿中鎂、鋅和銅的濃度與最大攝氧量之關係，結果顯示最大攝氧量與鎂濃度有顯著相關，而與鋅、銅的濃度無顯著相關。所以綜合上述研究提出體內鎂的狀態可能是影響運動能力表現的因素，主要在於鎂缺乏時會降低三羥酸循環酸(tricarboxylic acid)和電子傳導系統途徑中能量轉換的效率，進而影響運動表現。


三、補充鎂與運動生理及表現之相關研究
Brilla & Haley(1992)的研究中以26名未訓練過的受試者隨機分配至控制組與實驗組，兩組皆接受1周3次，共7周的重量訓練課程，而實驗組則在飲食控制上給予每天8mg/kg-1鎂補充量，控制組則為正常的飲食加安慰劑，探討對其股四頭肌力量之影響，結果顯示兩組力量皆有增加，但是實驗組在體重與淨體重的相對力量都顯著優於控制組，研究中指出這可能是鎂提升蛋白質的合成過程中核醣體(ribosomal)的效率。

Brilla et al.(2002)的研究探討鎂與肌酸的螯化物(Mg-Cre chelate)對身體水分比(%Total Body water)、細胞內液比(%Intercellular water)、細胞外液比(%Extracellular water)和股四頭肌力距峰值(peak torque)之影響。研究中以35名平常有運動習慣者隨機分配至控制組與實驗組；控制組接受安慰劑，實驗組為接受2週每天800mg鎂加5g肌酸的螯化物，結果顯示實驗組顯著增加了細胞內液比，研究中提到細胞內液的增加可能是因為肌肉儲存肌酸而導致，相對的細胞外液比則減少，也些許增加了身體水分比，而股四頭肌的30次的最大自主等速收縮(180°/s)的測試中力距峰值則顯著提高，控制組則在各方面都無顯著改變。而Gullestad et al.(1992)指出容易造成體內鎂缺乏的長期酗酒族群，藉由6周補充鎂的治療後其體內的鈣、鎂、鉀、鈉的含量和力量都顯著增加，故從研究結果得知短期補充鎂對於體內鎂缺乏者有改善體內離子狀態和力量之效果。

上述相關研究都指出補充鎂後對於運動生理與表現都有顯著的正面效果，但Weller et al.(1998)研究卻有不同結果，研究中以20名正常血清鎂濃度(0.75-1.00mmol/L)的男性運動員分配至3周內每天補充500mg鎂－實驗組和安慰劑－控制組，結果發現補充鎂對具有正常血清鎂濃度的運動員並不能改善其力量表現及增加體內鎂的儲存。而Mayer et al.(1996)探討了補充鎂對肌力發展和肌力運動後不適症狀的影響，研究中以61名男性隨機分配至安慰劑－控制組和每天補充15mmol/d的鎂－實驗組，皆接受兩次的肩部肌肉的等長、離心和向心最大肌力測試，兩次測試間隔三個禮拜，測試完七天內皆接受兩種疼痛問卷調查。結果顯示對肌肉的不適症狀有顯著改善效果，但對肩部肌肉組織力量沒有顯著影響。Brilla & Burkett(1997)探討了32位大學美式足球員隨機分配至補充增加鎂的運動飲料(196mg Mg)的實驗組和相似運動飲料未加入鎂的控制組在6周春訓期間力量成長的差異。結果顯示兩組在仰臥推舉和半蹲舉的最大力量上無顯著差異，但若以飲食分析中區分，高鎂攝取(＞7mg·kg-1·d-1)選手在力量成長上則顯著優於低鎂攝取(＜7mg·kg-1·d-1)選手。

綜合上述研究對於補充鎂可改善運動能力仍未有確切之結論，其可能原因在於未考量到訓練量、補充量和體內鎂的狀態之關係，從研究中可得知若同時訓練和適當的鎂攝取量可促進蛋白質合成作用時的效率而增進力量表現，而鎂補充對體內鎂缺乏的受試者其產生補充效益較佳，而對具有正常血清鎂濃度範圍的受試者無顯著效益，其可能在於過量的鎂補充是否可被人體所吸收，且會導致其它影響運動生理的鈣、鉀等礦物質的平衡和吸收，故在未來可針對受試者體內鎂的狀態控制因子上等相關機制，設計良好的實驗控制來探討以確定其效益。

肆、結語

雖然鎂不如肌酸、支鏈胺基酸、維他命等營養補充品那樣受到教練和運動員的重視，但是對鎂了解得越多，就更了解到它對運動員生理及表現的重要性，且鎂的攝取來源相當廣泛，在我們日常的食物(如：蔬菜、水果)中就包含很多的鎂，若有正常均衡之飲食習慣，鎂將不至於匱乏，但現在運動員飲食習慣受到西化的影響，造成攝取過多的高蛋白、高脂肪和加工過的食物，而易導致鎂的攝取不足及妨礙其吸收，且運動員在訓練和比賽過程中會消耗與流失大量的鎂，所以運動員除了正確均衡的飲食外，也需補充適當的鎂，來維持身體內之各項功能，以提升訓練之品質，進而改善運動表現，而雖然目前的相關研究對於鎂補充的效益仍認為需要更多研究來證實其效益，但大多數研究都肯定了體內鎂缺乏狀態對運動生理和表現所產生的負面影響，故仍不可輕忽鎂的重要性。

參考文獻（略）