運動不只影響體能，更直接參與大腦健康調控。本文深入解析乳酸如何作為「代謝性肌動素」，在運動後啟動肌肉與大腦之間的代謝訊號傳遞，促進神經可塑性、認知功能與心理健康，並說明高強度間歇運動（HIIT）在腦部效益上的獨特優勢，為運動處方與健康介入提供具科學基礎的實務觀點。
代謝科學的新視野
這篇由日本立命館大學Takeshi Hashimoto團隊發表的研究評論Effect of Exercise on Brain Health: The Potential Role of Lactate as a Myokine，為我們提供了一個創新的視角：乳酸——這個長期被誤解為「疲勞毒素」的代謝產物，實際上可能是連接肌肉與大腦健康的關鍵使者。
打破傳統迷思：重新認識乳酸
在醫學教育和大眾認知中，乳酸長期被視為運動疲勞的元兇。然而，現代運動科學研究揭示了完全不同的真相：
乳酸的真實角色
- 不是廢物，而是重要的能量來源
- 大腦在高強度運動時優先使用的燃料
- 促進神經可塑性和腦健康的信號分子
- 連接周邊肌肉與中樞神經系統的「肌動素」(myokine)
這個認知轉變不僅是學術上的突破，更直接影響我們如何為患者設計運動處方。
運動強度的關鍵差異：為什麼高強度間歇運動特別有效？
美國運動醫學學會(ACSM)和美國心臟協會(AHA)建議成年人進行足夠量的中等或高強度運動。但研究顯示，高強度間歇訓練(HIIT)在促進大腦健康方面具有獨特優勢：
| 運動類型 | 對認知功能影響 | 對心理健康影響 | 乳酸產生量 |
| 高強度間歇運動(HIIE) | 執行功能顯著改善 | 改善精神分裂症認知和症狀 | 顯著升高 |
| 中等強度持續運動(MCE) | 適度改善 | 改善抑鬱情緒 | 適度升高 |
| 低強度運動 | 輕度改善 | 輕度改善 | 微幅升高 |
執行功能的提升
什麼是執行功能(EF)？
執行功能是大腦的「指揮中心」，包括：
- 注意力控制和專注能力
- 工作記憶和資訊處理
- 認知彈性和問題解決
- 抑制控制和衝動管理
研究發現，相同工作量但不同強度的運動，產生完全不同的認知效益：
Hashimoto團隊的關鍵發現
- HIIE顯著改善執行功能，MCE改善有限
- HIIE組血乳酸濃度在恢復期持續升高至8-10 mmol/L
- MCE組血乳酸僅升至2-3 mmol/L
- 執行功能改善程度與乳酸產生呈正相關
這個發現對臨床實務有重要啟示：我們不應該只關注運動的總能量消耗，運動的強度模式同樣關鍵。
大腦結構適應：運動如何重塑大腦？
慢性運動的神經解剖學效應
規律運動對大腦的益處不僅是短暫的功能改善，更包含實質的結構變化：
運動誘導的大腦結構適應
| 結構變化 | 主要區域 | 功能意義 | 研究證據 |
| 神經發生 | 海馬迴齒狀回 | 記憶形成與學習 | 動物與人體研究證實 |
| 突觸生成 | 前額葉皮質、海馬迴 | 神經可塑性增強 | 長期訓練研究 |
| 血管新生 | 全腦灰質 | 改善腦血流供應 | HIIT特別有效 |
| 腦容量增加 | 海馬迴、前額葉 | 認知衰退預防 | 6-12個月步行計畫 |
海馬迴體積的關鍵角色
臨床觀察的一致性
在我的臨床經驗和研究證據中，海馬迴健康與多重健康結果密切相關：
- 認知健康：6-12個月有氧運動增加海馬體積2%，改善空間記憶
- 心理健康：憂鬱症和精神分裂症患者顯示海馬體積減少
- 運動效益：運動誘導的海馬體積增加與認知表現改善相關
這些結構改變不是一蹴而就的，而是重複急性運動效應累積的結果。這解釋了為什麼規律運動比偶爾運動更有效。
腦血流調節：被誤解的機制
傳統假說的挑戰
長期以來，學界認為運動改善認知功能主要透過增加腦血流(CBF)。然而，研究發現事實更複雜：
腦血流與認知表現的複雜關係
支持CBF假說的證據：
- 中等強度運動期間CBF增加，認知表現改善
- 神經活動增強伴隨局部CBF短暫增加
- 神經血管耦合(neurovascular coupling)機制
挑戰CBF假說的證據：
- 長時間高強度運動時CBF因過度換氣而減少
- 但認知表現不降反升，甚至改善
- 人為改變CBF（如高碳酸血症）並不影響認知表現
結論：運動改善認知的機制不僅僅是CBF增加，還有其他關鍵因素在起作用。
乳酸：大腦的替代燃料與信號分子
急性效應：能量供應的關鍵轉換
大腦能量代謝的動態變化
| 運動狀態 | 主要燃料 | 乳酸角色 | 臨床意義 |
| 靜息 | 葡萄糖(100%) | 微量 | 正常代謝狀態 |
| 中等運動 | 葡萄糖(70%) + 乳酸(30%) | 輔助能源 | 過渡狀態 |
| 高強度運動 | 乳酸為主要燃料 | 關鍵能源 | 神經保護狀態 |
Hashimoto團隊的突破性發現
研究團隊透過測量動靜脈乳酸差(a-v diff<sub>lactate</sub>)，直接證實了乳酸供應與認知表現的關係：
- 腦乳酸攝取量與動脈乳酸濃度呈正相關(r² = 0.82, p < 0.01)
- 當重複HIIE導致乳酸產生受限時，執行功能改善效果減弱
- 更高的腦乳酸攝取與更好的執行功能顯著相關
大腦功能的維持不僅需要氧氣和葡萄糖，在高強度活動時，乳酸供應成為關鍵決定因素。
慢性效應：神經可塑性的促進者
乳酸對大腦健康的長期益處是透過多重機制實現的：
生長因子的間接調控
BDNF（腦源性神經營養因子）
| 研究發現 | 機制 | 臨床意義 |
| 靜息時輸注乳酸↑血液BDNF | 直接刺激效應 | 乳酸的急性效應 |
| 急性分級運動血乳酸↑血清BDNF | 運動誘導分泌 | 運動強度依賴性 |
| HIIE比MCE產生更多BDNF | 乳酸劑量效應 | HIIE優勢的機制 |
| 乳酸透過SIRT1-PGC-1α-FNDC5誘導海馬BDNF | 信號轉導級聯 | 認知和記憶改善 |
VEGF（血管內皮生長因子）
- 7週HIIT訓練或乳酸鈉注射促進腦VEGF表達
- 透過乳酸受體HCAR1促進血管新生
- 改善腦血流儲備和代謝效率
抗憂鬱效應的獨特機制
最令人興奮的發現之一是乳酸的抗憂鬱作用：
周邊施用乳酸的效果：
- 減輕行為絕望和快感缺乏行為
- 逆轉社交迴避
- 維持海馬神經發生
關鍵機制——NADH假說：
乳酸的抗憂鬱作用不是由於作為能量底物，而是與乳酸氧化產生的NADH有關：
- 乳酸氧化產生NADH
- NADH抑制皮質酮引起的氧化應激
- 保護海馬神經幹/祖細胞增殖
- 維持神經發生和抗憂鬱效應
這個發現揭示了乳酸作為信號分子而非單純燃料的重要性。
腦血管調節的生化機制
乳酸的血管活性效應
除了作為能量底物和信號分子，乳酸還能直接調節腦血管系統：
急性血管調節效應
動物研究發現：
- 低氧促進乳酸產生
- 乳酸誘導前列腺素E2(PGE2)釋放
- PGE2引起血管舒張
人體研究證實：
- 注射乳酸增強視覺刺激引起的CBF反應
- 機制涉及NADH/NAD+比率增加
- 促進一氧化氮(NO)生成
臨床應用的證據
急性腦損傷患者：
- 高滲乳酸輸注改善腦灌注
- 增加腦葡萄糖可用性
- 降低搏動指數
腦外傷患者：
- 乳酸輸注繞過糖酵解限制
- 節省葡萄糖用於神經保護途徑（如磷酸戊糖途徑）
- 改善輕度腦外傷患者認知功能（MMSE評分）
這些臨床應用證實了乳酸在急性和慢性腦健康維護中的多重角色。
運動處方的實務創新：考慮乳酸反應
阻力訓練的認知效益
除了有氧運動，阻力訓練同樣能促進大腦健康：
阻力運動的乳酸效應
| 運動類型 | 強度 | 特點 | 乳酸反應 | 執行功能改善 |
| 傳統高強度阻力 | 高 | 快速動作 | 顯著升高 | 顯著改善 |
| 慢速低強度阻力 | 低 | 慢動作+張力維持 | 顯著升高 | 顯著改善（相當於高強度） |
| 傳統中強度阻力 | 中 | 正常速度 | 中度升高 | 中度改善 |
創新發現的臨床意義
Hashimoto團隊發現，採用緩慢移動和維持張力的低強度阻力運動：
- 儘管強度低，但產生可觀的乳酸
- 改善執行功能效果與高強度阻力運動相似
- 可能因為產生了等效的血乳酸反應
對臨床實務的啟示：
這個發現為無法進行高強度運動的患者（如老年人、心血管疾病患者）提供了新選擇：
- 可行性高：低強度減少心血管負荷和受傷風險
- 效果相當：透過調整運動模式（慢速、維持張力）達到類似的代謝效應
- 個體化：關注運動誘導的乳酸水平有助於制定適當的運動處方
運動處方的新思維
傳統運動處方關注點：
- 運動類型（有氧 vs 阻力）
- 運動強度（心率區間、%1RM）
- 運動時間和頻率
代謝導向的運動處方：
- 監測乳酸反應：將血乳酸水平作為運動效果的生物標記
- 個體化調整：根據個體乳酸產生和清除能力調整運動方案
- 多模式整合：結合不同運動類型達到最佳代謝效應
臨床應用指引：基於乳酸機制的運動處方
不同族群的個體化策略
健康成年人
目標：認知功能優化和大腦健康維護
| 運動類型 | 頻率 | 強度 | 預期效果 |
| HIIE | 2-3次/週 | 90% VO2peak，4分鐘×4組 | 執行功能顯著改善 |
| MCE | 2-3次/週 | 60% VO2peak，20-30分鐘 | 基礎認知維護 |
| 阻力訓練 | 2次/週 | 慢速或高強度 | 全面認知改善 |
老年族群
目標：認知衰退預防和功能維持
- 優先選擇：慢速阻力訓練（安全性高、效果好）
- 進階選項：適度HIIE（需評估心血管耐受度）
- 監測重點：乳酸耐受性和恢復能力
- 安全考量：逐步提升強度，避免過度疲勞
精神疾病患者
目標：症狀改善和神經可塑性促進
憂鬱症：
- HIIT或MCE均有效，HIIT可能更優
- 重點在規律性而非單次強度
- 監測情緒變化和疲勞程度
精神分裂症：
- 研究支持HIIT對認知和症狀的改善
- 需要專業監督和個體化調整
- 結合藥物治療可能有協同效應
心血管疾病或代謝疾病患者
目標：安全有效的腦健康促進
- 從低強度慢速阻力訓練開始
- 逐步引入間歇訓練
- 密切監測血壓、心率和乳酸反應
- 必要時調整運動模式而非放棄運動
運動處方的監測指標
傳統指標+代謝指標
| 監測類型 | 具體指標 | 臨床意義 | 目標值 |
| 心率監測 | 運動中心率 | 運動強度控制 | 依年齡和目標調整 |
| 主觀感受 | RPE量表 | 疲勞程度評估 | 適度挑戰但可持續 |
| 乳酸監測 | 血乳酸濃度 | 代謝壓力指標 | HIIE: 6-10 mmol/L |
| 認知測試 | Stroop測試 | 執行功能評估 | 比基線改善 |
| 情緒評估 | 標準化量表 | 心理健康監測 | 持續改善趨勢 |
實務建議：
雖然血乳酸監測在研究中很重要，但臨床實務中可以透過：
- 運動強度和模式的標準化方案
- 主觀感受和心率的綜合評估
- 定期認知和情緒功能測試
- 來間接評估運動的代謝效應
重新定義運動與大腦健康的關係
科學證據的整合
這篇研究評論為我們提供了一個整合性的框架，解釋了運動如何透過乳酸這個「代謝性肌動素」促進大腦健康：
核心發現總結
- 乳酸是大腦的重要燃料
- 高強度運動時成為主要能量來源
- 支持神經活動的能量需求
- 與執行功能改善直接相關
- 乳酸是強大的信號分子
- 誘導BDNF、VEGF等生長因子表達
- 促進神經發生和血管新生
- 具有抗憂鬱和神經保護作用
- 乳酸調節腦血管系統
- 促進血管舒張和CBF增加
- 透過NADH/NO路徑調節
- 改善腦灌注和代謝效率
- 運動強度和模式很重要
- HIIE產生更多乳酸，效果更顯著
- 慢速低強度阻力訓練可產生類似效果
- 關注代謝反應比單純強度更關鍵
從臨床醫師的角度
這項研究深化了我對運動處方的理解。過去我們主要關注運動對肌肉骨骼系統的益處，現在我們知道：
運動是全身性的健康促進劑
- 肌肉不只是運動器官，更是內分泌器官
- 肌肉收縮產生的代謝物是大腦健康的關鍵使者
- 適當的運動處方能同時促進身體和大腦健康
個體化運動處方的新方向
- 不再只是「多動就好」的籠統建議
- 根據個人目標（認知、情緒、代謝）調整運動模式
- 將代謝反應納入運動處方考量
- 為不同族群設計安全有效的方案
跨專業合作的重要性
- 骨科、神經科、精神科的整合照護
- 運動科學、營養學的專業投入
- 建立以證據為基礎的運動處方系統
給患者和一般大眾的建議
基於這些科學證據，我建議：
不要害怕高強度運動
- 適當的高強度刺激對大腦有益
- 關鍵是循序漸進和專業指導
- 即使低強度也能透過調整模式達到效果
規律比強度更重要
- 慢性適應需要持續的刺激
- 每週2-4次規律運動
- 將運動視為大腦保養的投資
運動永不嫌晚
- 任何年齡開始運動都有效
- 老年人可從安全的慢速阻力訓練開始
- 重點是找到適合自己的方式並堅持
這項研究不僅揭示了運動促進大腦健康的機制，更為我們提供了優化運動處方的科學依據。乳酸，這個曾被誤解的代謝產物，實際上是肌肉送給大腦最珍貴的禮物。透過理解和應用這些知識，我們能更有效地透過運動促進全人健康。
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