人體能量天花板：頂尖運動員揭示的代謝極限，為何我們無法「無限燃燒」卡路里？

人體能量天花板：頂尖運動員揭示的代謝極限，為何我們無法「無限燃燒」卡路里？

你是否曾幻想過，只要運動量夠大，就能無止盡地燃燒卡路里，想吃多少就吃多少？我們總是被灌輸「動得越多，消耗越多」的觀念，彷彿人體是一部可以無限加油的引擎。然而，一個令人驚訝的事實是：即便是地球上體能最強悍的極限運動員，他們的身體內部也存在一個幾乎無法突破的「能量天花板」。

一篇發表於權威期刊《當代生物學》（Current Biology）的追蹤研究，歷時整整一年，深入分析了14位世界級極限運動員的能量消耗。這些運動員不是在跑馬拉松，就是在進行橫跨數日的自行車賽或鐵人三項，他們是人類耐力的活體證明。研究結果卻顛覆了我們的直覺：當運動時間拉長到數週甚至數月，無論訓練多麼艱苦，這些菁英運動員的每日總能量消耗，最終都會趨向一個共同的上限——大約是他們靜止不動時能量消耗的2.5倍。

這個發現不僅挑戰了我們對運動與能量消耗的傳統認知，更引出一個核心問題：是什麼機制限制了我們的身體，讓我們無法成為一台永動機？ 當我們將體能推向極限時，身體內部究竟發生了什麼樣的「資源重分配」？這項研究不僅為運動科學帶來突破，更對我們每個人的日常活動、體重管理，甚至人類的演化，都提供了深刻的啟示。

核心事實解碼：一年追蹤揭示的能量消耗曲線

這項由麻省文理學院（Massachusetts College of Liberal Arts）的安德魯·貝斯特（Andrew Best）主導的研究，與杜克大學的科學家們合作，採用了極其精準的測量方法，為我們描繪出人類耐力的真實輪廓。

  • 研究對象： 14位世界級極限運動員（12位男性，2位女性），平均年齡37歲。其中包括10位超級馬拉松跑者、1位超級自行車手、1位鐵人三項選手及2位多項運動選手。在研究期間，跑者平均跑了驚人的6,533公里，而自行車手與鐵人三項選手的平均訓練時數則高達993小時。

  • 測量技術： 研究採用了被譽為「黃金標準」的雙標水法（Doubly Labeled Water）。這是一種非侵入性的精密技術，讓受試者飲用含有特殊穩定同位素（身體可安全代謝的非放射性標記原子）的水。透過分析後續幾天或幾週內尿液樣本中這些同位素的排出速率，科學家能精確計算出受試者身體產生的二氧化碳量，進而換算出每日總能量消耗（Total Daily Energy Expenditure, TDEE）。

  • 關鍵指標： 研究人員計算了每位運動員的代謝範圍（Metabolic Scope），這是一個比值，代表「每日總能量消耗」是「基礎代謝率（Basal Metabolic Rate, BMR）」的多少倍。基礎代謝率是指人體在完全靜止狀態下，僅為維持心跳、呼吸等基本生命功能所需的最低能量。代謝範圍為3.0，就意味著當天的總消耗是維持生命基本運作所需能量的3倍。

能量消耗的「衰退曲線」

研究數據呈現出一個非常清晰且一致的模式：隨著運動持續時間的拉長，人體可維持的最大能量消耗水平會呈現可預測的下降趨勢。

  • 短期高峰： 在短時間的極限挑戰中，運動員確實能爆發出驚人的能量消耗。例如，一位跑者在阿帕拉契小徑上進行23.5小時的極限挑戰時，其代謝範圍一度飆升至7.08倍。在為期5到13天的多日超馬賽事中，數位運動員也能將代謝範圍維持在4.0倍以上。

  • 中期回落： 當時間拉長到一週，運動員的平均代謝範圍降至3.75倍。

  • 長期穩定：

    • 到了第12週，這個數字進一步下降到2.57倍。
    • 在第30週時，群體平均值穩定在2.43倍（約每天消耗4,085大卡）。
    • 最終，在長達52週（一整年）的追蹤期結束時，平均值穩定在2.39倍（約每天消耗4,020大卡）。

這個數據描繪出一條優美的對數衰減曲線，從單日的10倍BMR高峰，迅速下滑，並在約28週後，逐漸趨近於一個無法輕易突破的平台期——2.5倍BMR。這就像一輛賽車，雖然起步時可以瞬間加速到極速，但若要進行24小時耐力賽，就必須將速度控制在一個引擎可持續運轉的穩定範圍內。人體，也是如此。

專業解讀：身體的「中央能源調控系統」在做什麼？

這個「2.5倍BMR」的能量天花板，背後究竟隱藏著什麼生理機制？它並非單一因素造成，而是我們身體一套精密、複雜且以生存為最高原則的「中央能源調控系統」運作的結果。

1. 能量的「零和遊戲」：當運動成為絕對優先

研究團隊透過模型分析發現一個關鍵現象：當運動強度達到極限時，身體會將幾乎所有非必要的能量開銷「關閉」，以全力支持運動本身。

這是一個非常重要的概念，稱為能量權衡（Energy Trade-offs）。想像你的身體每日的能量預算是一塊固定大小的蛋糕。這塊蛋糕需要分配給：

  • 基礎代謝： 維持生命的基本運作（佔最大塊）。
  • 消化食物： 食物產熱效應（Thermic Effect of Food, TEF）。
  • 體力活動： 包含運動和所有日常活動。

在輕度訓練的日子裡（例如每天跑17公里），運動員除了跑步消耗的能量外，每天還有大約920大卡的「額外」能量用於處理其他事務，如走路、做家事、組織修復、維持強大的免疫功能等。

然而，當進入比賽模式（例如每天跑118公里），這920大卡的「額外」能量幾乎完全消失了。除了基礎代謝所需，身體幾乎將所有可動用的能量都投入到「跑步」這一項任務中。其他非緊急的生理活動，如組織修復、免疫監控甚至生殖系統功能，都被降到最低優先級。

  • 生活化比喻： 這就像一個國家進入戰時狀態。所有非必要的公共建設（如蓋公園、美術館）都會暫停，全國的資源（鋼鐵、電力、人力）都會被優先調配到國防工業，用以生產武器和支援前線。我們的身體在極限耐力挑戰中，也啟動了類似的「戰時動員」機制。

早前的研究也支持這一觀點。科學家發現，超馬跑者在比賽期間，其**睪固酮（Testosterone）**水平會顯著下降，這暗示著身體為了節省能量，暫時抑制了生殖系統的功能。同樣地，極限耐力運動後，免疫功能也可能出現短暫的抑制現象（即所謂的「開窗期」），因為免疫系統也是一個高耗能的部門。

2. 消化道的瓶頸：「吃」的速度跟不上「燒」的速度

即使運動員在比賽中不斷補充高熱量食物和飲料，為什麼還是無法突破能量天花板？答案在於我們的消化系統吸收能力是有限的。

科學家將此稱為**「食源性限制」（Alimentary Limit）**。我們的腸道每天能夠吸收的營養素（碳水化合物、脂肪、蛋白質）總量有一個上限。當能量消耗率遠超過腸道吸收率時，能量赤字便會不斷擴大。

  • 生活化比喻： 想像一家工廠的生產線（身體的能量消耗）運轉速度非常快，但原料入口的輸送帶（消化系統）速度卻是固定的。無論你在輸送帶上堆放多少原料（食物），工廠能實際接收和處理的量就是那麼多。多餘的原料只會堆積在門口，甚至造成堵塞（引起腸胃不適）。

這也是為什麼許多超長距離耐力運動員會遭遇噁心、嘔吐、腹瀉等腸胃問題。在高強度運動下，血液會從消化器官流向正在工作的肌肉，使得腸胃功能減弱，吸收效率進一步下降。因此，單純想靠「狂吃」來彌補巨大的能量消耗，在生理上是行不通的。

3. 演化留下的印記：生存的智慧

這個代謝天花板的存在，從人類演化的角度來看，其實是一種深刻的生存智慧。我們的祖先在狩獵採集時代，每天都需要長途跋涉尋找食物。他們必須在「尋找食物的能量消耗」與「維持繁殖、生長、免疫等基本生存功能」之間取得精妙的平衡。

如果沒有這個能量天花板，一個過於「勤奮」的個體可能會在一次長途狩獵中耗盡所有能量，導致免疫系統崩潰或失去繁殖能力，最終不利於基因的延續。因此，這個看似「限制」的機制，實則是保護我們免於過度消耗、確保長期生存的「保護性煞車」。

罕見的例外與研究的侷限

值得注意的是，歷史上確實存在一些可能突破此天花板的驚人案例。例如，澳洲跑者派特·法默（Pat Farmer）在1999年用195天環繞澳洲大陸，研究人員在第三、四周的測量發現他當時的能量消耗接近4倍BMR。若此水平能持續，將遠超研究預測的上限。然而，這些案例多為推算值，缺乏像本研究一樣橫跨整個事件的直接、精確測量，因此仍無法定論。

同時，本研究也存在一些侷限性，例如：

  • 樣本數較小： 僅14位運動員，且多為跑者。
  • 數據推算： 全年數據是基於部分測量點進行線性回歸推算，可能忽略了地形、強度等變數。
  • 缺乏體重數據： 未能追蹤運動員的體重變化，無法判斷他們是否處於能量平衡狀態。

儘管如此，這項研究的核心發現——人類存在一個與運動持續時間相關的代謝天花板——依然具有里程碑式的意義，為我們理解人體運作的極限提供了堅實的科學基礎。

生活應用指南：從極限運動員身上學到的4堂能量管理課

這項研究的價值遠不止於滿足我們對極限運動的好奇心。它為每一位關心健康、體重管理與運動表現的普通人，提供了極具價值的行動指南。我們或許永遠不會去跑超馬，但管理身體能量預算的原則是相通的。

1. 重新認識「運動減重」：穩定持續比單次極限更重要

許多人減重失敗，是因為採取了「週末戰士」模式：平日久坐不動，週末瘋狂運動好幾個小時，希望能彌補一週的懶散。這項研究告訴我們，這種做法效率極低。

  • 短期極限消耗的代價： 單次長時間的極限運動，會讓身體進入「節能模式」，關閉許多非運動的能量消耗。你可能會發現，在一次超長跑或高強度間歇訓練後，接下來的一兩天你會變得異常疲倦、食慾大增、不想動彈。這是身體在強制休息，彌補能量赤字，最終你一周的總消耗可能並沒有增加多少。
  • 長期穩定消耗的效益： 與其追求單次的極限，不如將運動融入每天的生活。每天30-45分鐘的中等強度運動，如快走、慢跑、騎自行車，不僅能穩定地提高每日總能量消耗，還不會讓身體啟動過度的「節能防禦機制」。這種溫和且持續的方式，更有利於創造長期的能量缺口，達成健康的減重目標。

2. 「練」與「養」的平衡：恢復也是訓練的一部分

頂尖運動員的數據顯示，當訓練強度拉滿時，用於身體修復和免疫功能的能量會被「挪用」。這給我們的啟示是：高強度訓練後，必須給予身體足夠的資源和時間進行恢復。

  • 營養補充： 訓練後補充優質的蛋白質（如乳清蛋白、雞胸肉、豆製品）和碳水化合物（如地瓜、香蕉、全麥麵包），是修復肌肉、回補肝醣的關鍵。這不是額外的熱量，而是身體修復所必需的「建材」。
  • 充足睡眠： 睡眠是身體進行修復和重建最重要的時段。生長激素在深度睡眠時分泌最旺盛，有助於肌肉恢復。長期睡眠不足會嚴重影響運動表現和恢復速度。
  • 主動恢復： 在高強度訓練日之間，安排一些低強度的活動，如散步、伸展或瑜伽，可以促進血液循環，加速代謝廢物的清除，幫助身體更快地從疲勞中恢復。

3. 傾聽身體的信號：別讓「過度訓練」掏空你

研究揭示的能量權衡機制，解釋了為什麼**過度訓練（Overtraining Syndrome）**如此危險。當你長期處於高強度訓練狀態，而恢復和營養又跟不上時，身體會持續挪用維持健康的能量。

你可能會經歷以下症狀：

  • 持續性的疲勞感，即使休息也無法緩解。
  • 運動表現下降，同樣的強度感覺更吃力。
  • 情緒低落、易怒。
  • 睡眠品質變差，難以入睡或早醒。
  • 頻繁生病、感冒，因為免疫系統被抑制。

當這些信號出現時，絕對不能忽視。這不是意志力不夠堅定，而是你的身體在發出「能量預算嚴重超支」的警報。此時應該做的不是「再加把勁」，而是果斷地減少訓練量、增加休息，並檢視自己的營養攝取。

4. 對體力勞動者的啟示：關注職場健康與營養

這項研究的意義也延伸到運動場之外。對於消防員、建築工人、軍人等需要長期從事高強度體力勞動的職業人群，他們同樣面臨著能量消耗接近極限的挑戰。

這提醒我們，這些崗位的職業健康標準，不僅要考慮工作安全，更要關注他們的能量平衡與營養支持。提供營養均衡的工作餐、保障充足的休息時間、進行定期的健康監測，對於維持他們長期的工作能力和身體健康至關重要。

結論：尊重身體的內在智慧

這項對極限運動員的開創性研究，猶如為我們打開了一扇窺探人體能量運作奧秘的窗戶。它以精確的數據告訴我們，人體並非一部可以無限壓榨的機器，而是一個擁有內在智慧、懂得權衡與取捨的精密生態系統。

那個看似遙不可及的「2.5倍BMR」能量天花板，既是我們生理的極限，也是演化賦予我們的保護機制。它提醒我們，無論是追求卓越的運動員，還是追求健康的普通人，成功之道不在於盲目地挑戰極限，而在於聰明地管理我們的能量預算。

真正的強大，不是短暫的爆發，而是源源不絕的永續。 學會傾聽身體的聲音，在消耗與恢復之間找到屬於自己的最佳平衡點，這才是通往長期健康與活力的唯一路徑。

營養師的補充建議與產品推薦

在了解了人體能量消耗的極限與恢復的重要性後，我們可以透過精準的營養補充，來支持身體在高強度活動下的需求，並促進更有效率的恢復。以下是針對本文主題，我為您挑選的幾項關鍵營養素補充品。

  1. 支鏈胺基酸（BCAA）
    功效說明： 支鏈胺基酸（BCAA）包含亮胺酸、異亮胺酸和纈胺酸，是肌肉蛋白質合成的關鍵原料。在長時間耐力運動中，BCAA有助於減少肌肉分解、延緩中樞疲勞感，並在運動後促進肌肉修復與生長。對於訓練量較大或希望提升恢復效率的人來說，是相當重要的補充品。
    適用對象： 進行長時間耐力運動（如長跑、自行車）、高強度間歇訓練或重量訓練的運動愛好者。
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  2. 電解質粉
    功效說明： 長時間運動會導致大量流汗，不僅流失水分，更會帶走鈉、鉀、鎂等關鍵電解質。電解質失衡會導致抽筋、脫水、運動表現急遽下降等問題。運動中及運動後及時補充含電解質的飲品，是維持體液平衡與神經肌肉正常功能的基礎。
    適用對象： 運動時間超過一小時、或在濕熱環境下運動的所有人士。
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  3. 南非醉茄（Ashwagandha）
    功效說明： 南非醉茄是一種歷史悠久的適應原草本植物，以其幫助身體應對壓力、調節皮質醇（壓力荷爾蒙）水平而聞名。對於長期處於高強度訓練壓力的運動員或生活壓力大的人群，南非醉茄有助於改善睡眠品質、減輕疲勞感、提升身心恢復能力，從而支持更穩定的運動表現。
    適用對象： 訓練強度大、壓力水平高、或希望改善睡眠與恢復品質的運動者及一般大眾。
    推薦選購： NOW Foods, Ashwagandha，標準化提取物，450 毫克
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資料來源

  1. Best, A., Sadhir, S., Hyatt, E., & Pontzer, H. (2025). “Ultra-endurance athletes and the metabolic ceiling,” published October 20, 2025. in Current Biology, 35, 5106-5110. doi:10.1016/j.cub.2025.08.063.
  2. StudyFinds. (2025, October 22). Year-Long Study Of Elite Athletes Reveals Daily Energy Limit That Fitness Rarely Overcomes. Retrieved from the provided source material.
  3. Pontzer, H., et al. (2019). Extreme events reveal an alimentary limit on sustained human energy expenditure. Science Advances, 5(6), eaaw0341.
  4. Thurber, C., et al. (2019). Extreme events reveal an alimentary limit on sustained human energy expenditure. Science Advances, 5(6). (Note: This citation appears related to Pontzer's earlier work which the Best et al. study builds upon).
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