馬拉松脫水對大腦的影響

你知道嗎？對方說你腦袋是裝水嗎？

可能是在關心你有沒有喝水，大腦有沒有缺水。

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大腦將近有四分之三是水分，如同一塊充滿水分的海綿，劇烈運動時身體大量失水，大腦就像海綿被擠乾一樣，體積會略微縮小。最新研究更發現，在極限耐力運動下，大腦可能連神經絕緣體「髓鞘」都被當作燃料使用。

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當我們長時間跑步時，劇烈出汗會導致身體脫水。脫水使血液中的水分減少、濃縮（滲透壓上升），為了保持平衡，水分會從包括大腦在內的各組織轉移到血液中。

大腦因此失去部分水分，體積略為縮小，有點像葡萄曬乾後變成葡萄乾那樣。

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研究顯示，短時間不補充水分即可讓腦組織水分減少約1.6%，皮質厚度和整體腦體積出現輕微收縮，而在補水後，一小時內這些指標又恢復正常。大腦約70–85%是水分（相當於一顆充滿水的果凍），脫水時細胞會收縮，整體腦容積也跟著變小。

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除了體積變化外，脫水會打亂大腦的水分平衡與離子環境。腦內細胞脫水使得離子濃度變高，可能干擾神經元的電訊號傳遞。另一方面，體溫上升與電解質流失也會影響大腦內的代謝反應。

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髓鞘是包覆在神經纖維（軸突）周圍的脂肪層，就像電線外的絕緣膠皮，含有大量的脂質（約佔髓鞘成分的70–80%）以及一些水分夾在多層膜間。提供電絕緣讓神經訊號快速傳導，並給予軸突代謝上的支持。

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大腦本身也需要能量維持運作。最新動物研究顯示，少糖狀態下寡樹突膠質細胞（形成髓鞘的細胞）能分解自身儲存的脂肪酸來提供能量。換句話說，當葡萄糖嚴重不足時，髓鞘的脂質儲備可被當作「後備電池」，透過β-氧化產生ATP供應神經元。

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寡樹突膠質細胞平時對葡萄糖缺乏有高度耐受性，會改用這些脂肪作為替代能源來源。在馬拉松選手身上也觀察到類似現象：劇烈運動後大腦中髓鞘相關的指標顯著下降，暗示部分髓鞘可能被分解利用。

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當大腦快沒燃料時，只好拆一些髓鞘脂肪來當柴燒，以維持腦內運轉。所幸這種改變是暫時的，並不會永久損傷結構，因為髓鞘稍後可以重新生成。

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利用磁共振成像（MRI）可以窺探跑馬拉松前後大腦的細微變化。特別是多重迴訊T2 MRI可以量化腦內不同水分組分，例如髓鞘水分比例（Myelin Water Fraction, MWF）。

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MWF是一種MRI衍生指標，代表髓鞘層間隙水分所佔比例。最短的T2訊號來自髓鞘多層脂質膜之間的束縛水（這部分佔總水分的比例即為MWF），中等T2則主要是細胞內外的水（又稱「腔隙水分比例」LWF），最長T2來自腦脊液中的自由水。

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MWF可以看作大腦中被髓鞘「夾住」的水份比例，間接反映髓鞘含量的多少。如果髓鞘結構減少或鬆動，MWF數值就會下降。

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馬拉松對MWF的影響引起科學家極大興趣。一項針對城市馬拉松跑者的研究在賽前及賽後1~2天各進行MRI掃描，發現賽後多個腦區的MWF顯著下降。影響最明顯的是白質區域，特別是與運動協調和感覺、情緒整合相關的腦區這些變化並非整個大腦均勻發生，某些高度髓鞘化的區域（如胼胝體）和大部分灰質區域則沒有明顯變化。

這種區域選擇性提示，變化並非單純由全身脫水（會導致全腦均勻水分減少）所致，而更像是特定組織成分的改變。

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研究人員也謹慎檢驗了脫水是否造成假象。他們測量了受試者全腦及各區域體積，結果顯示賽後總腦體積、腦脊液區域、灰質和白質體積都沒有顯著改變科學家推論觀察到的MWF下降真正原因是髓鞘結構或組成的暫時性變動，例如髓鞘中脂質被動員或其微觀結構改變，而不只是水少了而已。

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除了MWF，傳統MRI影像（如T2加權影像、FLAIR）也被用來尋找跑步後的大腦變化。例如醫生關注有無腦水腫或微小損傷。所幸在健康的馬拉松選手中，並未發現顯著的急性腦損傷。

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一項對110位跑者的MRI觀察（於賽前2–3天和賽後2天掃描）中，只有1名跑者在賽後出現一處極小的缺血性病灶（可能是小中風），其他人都沒有新發的病灶或水腫跡象。也就是說，馬拉松不會讓大腦產生明顯的可見病變，像中風或嚴重水腫是非常罕見的個案。MRI T2訊號上也未見廣泛異常，表示雖然有微觀的體積與水分變化，大體上大腦構造安然無恙。

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針對更長距離的超馬（例如連續多日的極限超馬賽），MRI研究發現灰質體積有較明顯的縮減。在一次橫跨歐洲的超馬賽中，跑者於兩個月賽程結束時灰質體積平均縮小約6%，這遠超一般脫水造成的0.5%左右體積變化。不過，這些選手在賽事期間其實有充分補水，且如此巨大的變化最終在休息8個月後完全恢復。

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註：

T2弛豫時間（T2 relaxation time）是磁振造影（MRI）中一個重要的參數，用來描述橫向磁化向量（Mxy）隨時間衰減的過程。以下是T2弛豫時間的基本原理和特點：

基本原理

T2弛豫：T2弛豫是指在MRI中，橫向磁化向量（Mxy）隨時間衰減的過程。不同組織的T2弛豫時間不同，這是MRI用於區分組織的重要參數之一。

多重迴訊：在多重迴訊T2 MRI中，通過多次施加射頻脈衝（RF pulse）並在不同時間點擷取回訊信號（echo signal），可以獲得不同組織的T2弛豫曲線。這些曲線反映了組織的T2弛豫特性。

影像對比

T2加權影像：通過調整回訊時間（TE），可以獲得T2加權影像。長TE會使T2較長的組織（如腦脊液、水腫組織）在影像中顯示為亮色，而T2較短的組織（如白質）則顯示為暗色。

T2加權影像：除了T2弛豫外，T2還包括主磁場的不均勻性，這會進一步影響影像對比。T2加權影像可以用來檢測組織中的磁化率差異，如鐵沉積。

應用

臨床診斷：多重迴訊T2 MRI用於檢測和區分不同組織的病變，如腫瘤、炎症、水腫等。通過分析T2弛豫曲線，可以提供組織的詳細資訊，幫助診斷。

研究：在科學研究中，多重迴訊T2 MRI可以用來研究組織的微觀結構和功能，如血氧濃度依賴的成像（BOLD）。

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資料來源：Ramos-Cabrer, P. et al. (2025). Reversible reduction in brain myelin content upon marathon running. Nature Metabolism, 7(3), 466–471​

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Tremper, A. (2025). Brain tissue may be fuel for marathon runners. Science News​

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Biller, A. et al. (2015). Responses of the human brain to mild dehydration and rehydration explored in vivo by ¹H-MR imaging and spectroscopy. AJNR Am J Neuroradiol, 36(12), 2277–2284​

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Trangmar, S. J. et al. (2015). Dehydration accelerates reductions in cerebral blood flow during prolonged exercise in the heat without compromising brain metabolism. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 309(9), H1598–H1607​

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Wittbrodt, M. T. et al. (2018). Effects of dehydration on cognitive performance (Meta-analysis)​