給健身愛好者的肌肉生理學 3：熱量是怎麼變成肌肉的？
為何熱量盈餘能幫助增肌？想增加一定要一直塞食物嗎？同時增肌減脂到底可不可行？（圖文版：@vin_training）
簡介
根據「質量守恆定律」，一個人體重增加，就代表一定有吃東西。這很合理。但等等，我們從來不會用食物的重量來計算該吃多少，我們都是用熱量啊！熱量是「能量」，身體組織是「質量」，那我們增肌時就是把能量轉換成質量、減脂時就是把質量轉換成能量囉？
當然不是。雖然核能發電廠確實可以把質量直接轉化成能量，讓我們有電可以用，但在生物體中，能量與質量是不會直接轉換的（除非你是鋼鐵人在胸口有安裝核反應爐）。所以，體重的增減還是來自於物質的吸收與排放。那熱量到底在這之中扮演什麼角色呢？
這一切都要從 ATP 說起。
重點
- ATP 是人體的能量電池，可以「放電」變成 ADP，而 ADP 也可以「充電」變回 ATP。
- 粒線體是人體的發電廠，可以「燃燒」原料以釋放能量，而這個能量可儲存在 ATP 中，供日後使用。
- 從小腸吸收的營養素經處理後可以被粒線體拿來製造大量的 ATP。而當營養素所提供的能量低於身體運作所需的能量時，則會由身體組織裡庫存的的脂肪、肝糖、或蛋白質作為燃料，被粒線體分解以製造更多 ATP。
- 當身體中的 ATP 量已經超出需求時，ATP 可以把身上的能量貢獻給合成反應，製造脂肪、肝醣、或蛋白質，儲存在脂肪細胞、肝臟、和肌肉中。
- 熱量盈餘能幫助增肌，是因為當攝取的營養素能提供夠多的能量時，身體就能有多餘的 ATP 去提供氨基酸合成成蛋白質的能量。如果想增肌減脂，就須由庫存的脂肪提供合成蛋白質所需的能量，但這個過程只有肥胖者或新手較容易達成。
ATP：人體的能量電池
與其說 ATP 是能量貨幣，不如說是能量「電池」。充飽電時這個電池就是 ATP，並在釋放能量後變成沒電的 ADP。
「ATP 是人體的能量貨幣」是課本最常用來描述 ATP 的一句話，代表身體需要能量時，就會使用 ATP。或許就是因為如此，讓許多人自動把 ATP 與「能量」劃上等號。但 ATP 其實是一種「高能分子」，而不是能量。ATP（adenosine triphosphate）的中文為三磷酸腺苷，顧名思義就是「有三個磷酸根的腺苷」。
你可能還是會想說：磷酸根和腺苷又是什麼東西？別擔心，你不需要搞懂詳細的化學，只要知道 ATP 的親戚們是誰就好。跟 ATP 擁有類似結構的分子，稱為「核苷酸」，也就是人體遺傳物質的構成原料。RNA 是由核糖核苷酸組成，而 DNA 則是由去氧核糖核苷酸組成。可以參考下表：
當身體需要能量時，會把 ATP 和水找來，讓它們化學反應變成 ADP 和 P。這個反應會產生能量，而身體就能將這個能量用在需要的活動上，如收縮肌肉或合成身體組織。
因此，與其說 ATP 是能量貨幣，不如說是能量「電池」。充飽電時這個電池就是 ATP，並在釋放能量後變成沒電的 ADP。講到這邊，大家應該已經可以理解，物質跟能量是不能混為一談的。
＊註：我還是認為課本把 ATP 比喻為能量貨幣是合理的，因為當我們在分析生理反應時，有 ATP 確實就等同於有能量。本文是為了讓大家能分辨「能量」和「物質」的差異，才用電池做比喻。
粒線體：人體的發電廠
粒線體則會分解營養素的代謝物，這個過程會放出能量，而這個能量就能拿來把 ADP 變成 ATP，供日後使用。
既然 ATP 是從 ADP 「充電」而來的，那這個電（能量）是從哪裡來的呢？
ATP 的能量來源是由分解物質而來的，且大多數的 ATP 都是由粒線體製造的，所以粒線體又被稱為人體的「發電廠」。我們先來看看真正的發電廠是怎麼發電的：
火力發電廠會把煤炭燃燒成較小的物質，如二氧化碳和水。這個過程會放出大量的熱能，而這個熱能就能拿來驅動發電機，然後即可把電儲存在電池中，供日後使用。
粒線體則會分解營養素的代謝物。這個過程會放出能量，而這個能量就能拿來把 ADP 變成 ATP，相當於把能量暫存在 ATP 中，供日後使用。（註：這個分解作用是一種「氧化反應」，跟燃燒的本質是類似的，既會排放二氧化碳和水、也會釋放能量，所以可以把它想成「慢速燃燒」）
你可能會想，既然最後 ATP 還是要轉化為 ADP 才能給肌肉所需的能量，那為何不一開始就直接讓粒線體釋放能量給肌肉，還要先做成 ATP 再給肌肉？其實這就跟你為何要買電池而不是直接連發電廠的電一樣，因為肌肉收縮的部位跟粒線體有段距離，所以讓電池移動到各地比把發電廠搬來搬去更有效率。
消化系統：人體的燃料加工廠
發電廠的煤炭，是煤炭加工廠把開採出的煤炭加工好，再送去給發電廠。而人體則是有消化系統「加工」吃進的食物、吸收營養素後，再拿去生產 ATP。
當你吃進一個漢堡時，消化系統會用各種物理及化學作用把漢堡的蛋白質分解成氨基酸、澱粉／糖份分解成簡單醣類、脂肪分解成三酸甘油脂，然後再由小腸吸收至循環系統中。此時，這些營養素才能拿來儲存起來或生產 ATP。
體內能量不足時，會分解食物或身體組織以製造 ATP
要把 ADP 變回 ATP，就需要靠分解營養素所提供的能量，所以就得從食物或身體組織中取得營養素。
當夏季用電量激增時，發電量會趕不上需求。此時，發電廠需要採購更多的煤炭才能發更多的電、卻又不會讓庫存量減少。但如果採購的煤炭還是不夠的話，就還是得用庫存的來發電了。
人體也是類似的情況。身體以醣類和脂肪酸（及少量的氨基酸）作為生產 ATP 的燃料。當循環系統中的燃料不夠用時，我們需要吃東西以提供更多營養素；如果吃的食物又不夠時，就會分解肌肉及肝臟中的肝醣和脂肪細胞中的脂肪來提供醣類和脂肪酸。這些來自食物或來自身體組織的分子，就能被粒線體分解，產生 ATP，供身體使用。
舉例來說，運動會消耗大量能量，所以肌肉中的很多 ATP 會被使用並轉化成沒電的 ADP。此時，身體需要將這些 ADP 「充電」變回 ATP，才能繼續給肌肉取用。而要把 ADP 變回 ATP，就需要靠分解營養素所提供的能量，所以就得從食物或身體組織中取得營養素。若從身體的庫存中取用大量營養素，體重就會降低，這就是減重的原理，也是為何熱量消耗需要大於熱量攝取，才有可能取用大量的庫存脂肪。
體內能量很多時，會消耗 ATP 並用釋放的能量來合成身體組織
如果活動量減少或食物攝取增加，就會使體內循環的營養素增多，此時製造出來的 ATP 會高於身體所需。既然沒有什麼需要使用 ATP 的事，那就把 ATP 的能量儲存起來吧！
血液循環中的簡單醣類、三酸甘油脂、和氨基酸可以被合成成肝醣、脂肪、和蛋白質，作為能量庫存，未來食物缺乏時可以拿來產能（如上一節所述）。
熱量盈餘為何能幫助增肌？同時增肌減脂是可行的嗎？
肌肉其實一直都是在合成與分解，並維持一個動態的平衡，就像是一個活水湖一樣要有水流進來、也要有水流出去，才能保持水質乾淨，不然就會變一灘死水。所以增肌其實是蛋白質合成速率大於分解速率，並不是只合成、不分解。
熱量盈餘能幫助增肌，是因為當循環中的營養素夠多時，身體就有許多的 ATP 可以運用。等這些維持生理機能、提供運動能量的需求都被滿足後，剩下的 ATP 就能幫助循環中的氨基酸合成成蛋白質，讓肌肉增大。（這也是為何除了熱量要夠外，蛋白質也要充足，不然就算有了 ATP 也沒有材料可以建造肌肉）
但熱量在平衡時、或甚至些微赤字時，也有機會能夠增肌同時減脂。請看回圖六，如果來自小腸的營養素不夠的話，是可以動用庫存的脂肪來生產 ATP，然後再拿這些 ATP 去合成肌肉的。不過，這對肥胖者（脂肪庫存多）和新手（容易合成肌肉）才比較有效，對於已經偏瘦或重訓經驗豐富的人，還是要在熱量盈餘較能有效增肌。
總結
希望透過這篇文章，能讓大家對於「食物、能量（熱量）、和身體組織」的關係更加了解。如果下次有人問你：「熱量是怎麼變成肌肉的？」相信你已經可以自信地回答：「食物中的能量在經消化與分解後，會暫時儲存在 ATP 中，此時只要有足夠的 ATP 及氨基酸，ATP 就能提供氨基酸合成成蛋白質所需的能量，最終讓肌肉增大。」
如果他們聽不懂，那就傳這篇文章給他們就好。
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