關於骨骼肌在中度運動（moderate exercise）期間提供三磷酸腺苷（ATP）來源的順序，下列何者優先？

本題觀念：

本題考查的是骨骼肌在運動初期 ATP 能量供應系統的啟動順序 (Time course of energy contribution)。

人體骨骼肌的能量代謝系統主要有三種，依「啟動快慢」與「供能順序」分別為：

1. 磷酸肌酸系統 (ATP-CP system / Phosphagen system)：極速、即時，但量少（約維持 10-15 秒）。
2. 乳酸系統 (Lactic acid system / Anaerobic glycolysis)：快速，接續 CP 之後（約維持 1-3 分鐘）。
3. 有氧系統 (Aerobic system)：慢速，需氧氣參與，是長時間中低強度運動的主要來源。

雖然題目設定為「中度運動 (moderate exercise)」，通常中度運動的持續期主要依賴有氧代謝（脂肪酸與葡萄糖），但題目問的是 ATP 來源的「順序」與「何者優先」。在任何運動的起始階段 (Onset of exercise)，由於心肺循環與有氧酵素需要時間活化（存在氧缺 Oxygen deficit），身體無法立刻透過有氧代謝產生足夠 ATP，因此必定先由細胞內儲存的 ATP 與磷酸肌酸 (CP) 提供最初幾秒的能量。

選項分析

• A. 磷酸肌酸（creatine phosphate）：正確。
  • 這是骨骼肌中儲存的「高能磷酸鹽」。當肌肉收縮消耗 ATP 轉變為 ADP 時，磷酸肌酸會在肌酸激酶 (Creatine Kinase, CK) 的催化下，迅速將磷酸根轉移給 ADP 以再生 ATP。
  • 此反應只有一個步驟，速度最快，不需要氧氣，是運動最初始 (0~15秒) 的 ATP 主要來源，因此在供應順序上最優先。
• B. 肝醣（glycogen）：不正確。
  • 肌肝醣是糖解作用 (Glycolysis) 的主要受質。糖解作用通常在磷酸肌酸儲存量下降後（約運動開始後 10 秒後）才開始顯著成為主要供能者。雖然它比有氧代謝快，但在「順序」上排在磷酸肌酸之後。
• C. 葡萄糖（glucose）：不正確。
  • 血液中的葡萄糖（血糖）或肌細胞內的葡萄糖進入糖解作用產生 ATP。如同選項 B，這屬於第二順位的乳酸系統或更後期的有氧氧化系統，啟動速度慢於磷酸肌酸。
• D. 脂肪酸（fatty acid）：不正確。
  • 脂肪酸是有氧代謝（Beta-oxidation）的主要燃料。雖然在中度運動的「持續階段」（例如慢跑 20 分鐘後），脂肪酸會成為主要的能量來源，但有氧代謝的路徑最長、啟動最慢，無法應付運動瞬間的能量需求。因此在「供應順序」上是最後的。

答案解析

題目關鍵字為**「順序」與「優先」**。 無論運動強度為何，骨骼肌在由靜止轉為運動的瞬間，都會面臨能量需求的驟增。此時有氧系統尚未完全啟動，必須依賴無氧路徑。 其供能的時間序如下：

1. 現成 ATP：肌肉細胞內原本存有的微量 ATP（僅供 1-2 秒）。
2. 磷酸肌酸 (Creatine Phosphate)：立即再生 ATP，維持約 10-15 秒（本題答案）。
3. 無氧糖解 (Anaerobic Glycolysis)：使用肝醣/葡萄糖，產生乳酸，維持數分鐘。
4. 有氧氧化 (Aerobic Oxidation)：使用脂肪酸、葡萄糖，維持長久時間。

因此，最早介入提供 ATP 的來源是 (A) 磷酸肌酸。

核心知識點

考生應背誦以下能量系統的「時間序」與「特徵」：

1. 磷酸原系統 (ATP-CP System)
   • 燃料：CP (Creatine Phosphate)。
   • 時機：運動開始 0~15秒 (爆發力、起步)。
   • 特點：產能最快、無氧、不產乳酸。
2. 乳酸系統 (Lactic Acid System)
   • 燃料：肌肝醣 (Muscle Glycogen)、葡萄糖。
   • 時機：運動 15秒~2-3分鐘 (中距離衝刺)。
   • 特點：產能快、無氧、產乳酸 (導致疲勞)。
3. 有氧系統 (Aerobic System)
   • 燃料：脂肪酸 (Fatty Acids)、葡萄糖、胺基酸。
   • 時機：運動 3分鐘以上 (耐力運動、中度運動持續期)。
   • 特點：產能慢但量大 (ATP多)、需氧、產物為 CO2 與 H2O。

參考資料

1. Muscle Metabolism: Energy Systems - Lumen Learning
2. Energy Systems in Sport & Exercise - NSCA
3. 衛生福利部國民健康署 - 運動與營養相關指引