維持生命所需的能量來自於 ATP
我們無論是呼吸、休息、思考或運動等活動，身體都需要有持續性的能量供給才可以不斷地維持我們各種活動的持續性，而食物的攝取，便是我們主要的能量來源。
食物攝取後，經過消化、吸收以及一連串的代謝程序，逐步轉變成人體細胞可利用的能量形式 ATP ，當我們需要能量時，ATP 便會藉由分解的反應釋放出能量來供應肌肉收縮的需要。（ATP，adenosine triphosphate，中文：三磷酸腺苷）

運動必須藉由肌肉不斷收縮才能完成，這些肌肉不斷收縮所需要的能量，一開始可以從肌肉細胞中儲存的 ATP 獲取，不過儲存在肌肉細胞中的 ATP 非常少，只足以維持大約 2~3 秒的高強度運動，為了讓運動持續進行，我們必需要有其他的方式持續提供 ATP 給肌肉細胞使用，這些產生 ATP 的方式分別為有氧系統、磷酸原系統 與 乳酸系統。因為 ATP 的完整產生機制比較複雜，限於篇幅，我們會在另一篇分享文 維持生命的能源 -- ATP 從哪裡來？ 介紹。

有氧系統
在氧氣供應充足的情況下，有氧系統能夠把葡萄糖、脂肪、蛋白質分別分解成丙酮酸、脂肪酸、胺基酸後，在肌肉細胞的線粒體內進行氧化分解，生成二氧化碳和水，同時產生大量 ATP。（人體會優先使用葡萄糖與脂肪來生成 ATP，只有身體中葡萄糖與脂肪都不足時，才會分解蛋白質來生成 ATP)

在從事低強度運動時，ATP 被消耗的速度比較慢，因此我們的身體也會有充裕的時間持續進行 ATP 的再合成，只要能供應充足的氧氣，並攝取足夠的碳水化合物與脂肪，就能長時間供應身體運動所需能量，例如在進行長距離跑步、快走等運動時，主要的能量供給系統是有氧系統。

當我們從事比較激烈的運動時，身體所需的能量比靜態活動時高出許多，因而導致肌肉細胞的氧氣量供應不足，此時肌肉細胞便會處在缺氧狀態，原本藉由有氧系統產生 ATP 的機制會因缺氧而無法提供足夠的能量，為了要維持肌肉的能量，肌肉細胞中所儲存的 ATP 會立即進行分解作用來提供肌肉收縮所需的能量，但肌肉細胞中儲存的 ATP 非常少，只足以維持大約 2~3 秒的高強度運動，為了讓運動能繼續進行，身體會在缺氧的情況下，藉由兩個無氧代謝系統來生成 ATP 給肌肉細胞使用，分別是磷酸原系統與乳酸系統。

磷酸原系統（ATP-PC 系統）

磷酸原系統，也稱為 ATP-PC 系統，是人體製造 ATP 最快速的方式。此系統是藉由肌肉細胞中磷酸肌酸（Phosphocreatine, 簡寫為 PC）的分解所產生的能量來生成 ATP。
ATP-PC 系統具有總供給能量少、持續供給的時間短、能量提供速度最快，不會產生乳酸、不需要氧氣參與等特性，所以是肌肉進行爆發性高強度運動初期的主要能量來源，例如舉重、短跑衝刺、揮拳、揮棒等運動。
但是磷酸基酸（PC）在肌肉細胞中的儲存量很少，只能提供 4.5 至 5.1 千卡的能量，大約可維持 10 秒鐘左右的運動時間。

乳酸系統

除了 ATP-PC 系統外，人體還可以在沒有氧氣的情況下以乳酸系統來產生 ATP 供肌肉活動之用。

在沒有氧氣的情況之下，乳酸系統會把肌肉細胞中的葡萄糖（肝醣）分解，經過一系列的化學反應後釋放出能量，同時產生代謝產物 — 乳酸（lactic acid）。

由於運動時，肌肉及血液中只能承受 60 至 70 公克的乳酸，當乳酸超過可承受值時，人體便會出現疲勞的現象而影響正常的肌肉活動，所以為了限制肌肉與血液中的乳酸含量，整個乳酸系統並無法長時間運作，大概只能維持 1~3 分鐘的運動時間。

下表直接列出 ATP 的來源，並說明不同來源間的差異性：

了解上述三大能量系統後，我們該如何運動

三大能量系統「ATP - PC系統」、「乳酸系統」及「有氧系統」的運作，並不是孤立的，而是互相聯繫互相關聯的，會依據我們運動的項目，來決定要啟動哪一種能量系統：

1. 如果是進行短時間的爆發力運動，例如100公尺短跑、跳遠、跳高、重量訓練等，就會啟動磷酸肌酸系統（ATP-PC 系統）。
2. 如果是進行間歇性運動，如籃球、足球、棒球、間歇性跑步等，就會集中在乳酸系統與有氧系統。
3. 如果是進行馬拉松長跑類型的運動，有氧系統就是能量供給的主力。

目前用於確定運動時是由哪個能量系統來供應能量的最有效方法之一，就是監測運動時的心率。心率監測可以幫助你確定訓練的強度，並估算是運用到哪一個能量系統。一般我們會以最大心率作為參考，再根據當下心跳速率為最大心率的多少使用比例，來估算能量供給區間。

最大心率的估算方式：最大心率 = 220 - 目前的年齡。例如 60 歲的最大心率為 220 - 60 = 160 (下/每分鐘）

下圖為最大心率使用比例與運動時間以及能量供給主要系統的對應圖：

我們已經知道大部分的運動過程主要的能量供應是碳水化合物（葡萄糖、肝醣）與脂肪，但每一個人的運動目的不同，有人想增肌，更多人想減脂，不同的運動目的訴求，會有不同的運動方式，所以了解哪一種運動有利於我們的運動目的，變得非常重要。

下圖是不同運動強度時，碳水化合物與脂肪所提供的能量比例：

從上圖我們可以看到，低強度運動時，燃燒脂肪的比例較高，所以一般認為散步、慢跑等「有氧運動」是大量燃燒脂肪的最好方式，這樣的說法不能說是有錯誤，但可能會造成誤導。因為低強度的有氧運動，主要提供能量的是脂肪，但是低強度運動總體燃燒的熱量比較少，所以總脂肪消耗量也就不會多，可能吃一頓飯後，脂肪又回來了。
例如散步，每小時可以消耗 250 kcal 的熱量，散步時燃燒脂肪可以供給 75% 的能量，所以，脂肪燃燒了 187.5 kcal，相當於 20.8 公克的脂肪。可悲的是一碗 160 公克的白米飯，熱量為 280大卡，可堆積 31.1 公克的脂肪，如果你的目標是減肥，就需要考慮這些卡路里的赤字而必需增加運動強度。較高強度的運動，相同時間脂肪消耗總量會更多，而且還有運動後的後燃效應來幫忙燃燒脂肪。（後燃效應是指運動後即使進入休息，身體依然能持續消耗自身熱量的狀態，進入後燃效應時消耗的卡路里比平常更高。）

下表說明不同運動強度的不同效應：

特別要強調一下

阻力訓練（重量訓練）不一定會燃燒大量的熱量，但它可以明顯地增加肌肉量，使身體的代謝率提升。當肌肉足夠時，就算在平常的休息時間，肌肉都持續在燃燒熱量，除此之外，足夠的肌肉還可以強化葡萄糖代謝、骨密度，降低關節負荷，優化膽固醇比例等效益，可以說是好處多多，所以於此鼓勵大家，有機會時盡可能提升自己的肌肉量。
延伸閱讀：維持生命的能源 -- ATP 從哪裡來？

參考資料：

1. 運動生理學—體適能與運動表現的理論與應用第4版，藝軒圖書出版社。
2. Skeletal muscle energy metabolism during exercise  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32747792/
3. Key concepts in regulation of glycogen metabolism in skeletal muscle https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35355125/
4. Studies on muscle metabolism of glycogen and active phosphate in man with special reference to exercise and diet https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6059926/
5. Exercise and weight loss, Part 3: Fat http://sportsscientists.com/2010/01/exercise-and-weight-loss-part-3-fat/