細胞外液中，下列何者最容易刺激呼吸中樞化學感受器（central chemoreceptors）？

本題觀念：

本題考查**呼吸調節（Regulation of Respiration）中的化學感受器（Chemoreceptors）**生理機制。 呼吸中樞化學感受器（Central Chemoreceptors）位於延腦腹外側表面（Ventrolateral surface of medulla），其主要功能是監測腦脊髓液（CSF）及腦細胞外液（Brain ECF）的化學成分變化，藉此調節呼吸深度與頻率。

選項分析：

• A. 高氧 (High Oxygen)：

  • 錯誤。中樞化學感受器對氧分壓（PO2）的變化不敏感。
  • 高濃度的氧氣對呼吸中樞沒有顯著的直接刺激作用，甚至可能在某些慢性高碳酸血症（如COPD）患者中，因抑制了周邊化學感受器的缺氧驅動力而導致呼吸抑制。

• B. 低氧 (Low Oxygen)：

  • 錯誤。低氧（Hypoxia）主要刺激的是周邊化學感受器（Peripheral Chemoreceptors，位於頸動脈體和主動脈體）。
  • 對於中樞化學感受器而言，嚴重的低氧反而會直接抑制呼吸中樞的神經元活動，導致呼吸衰竭，而非刺激。

• C. 高氫離子 (High H⁺)：

  • 正確。中樞化學感受器的直接刺激物正是其周圍細胞外液（ECF）或腦脊髓液中的氫離子濃度升高（即 pH 值下降）。
  • 機制說明：雖然血液中的氫離子（H⁺）難以通過血腦障壁（BBB），但血液中的二氧化碳（CO₂）可以輕易穿過血腦障壁進入腦脊髓液。進入後，CO₂ 與水反應生成碳酸（H₂CO₃），隨即解離出氫離子（H⁺）和碳酸氫根（HCO₃⁻）。這些由 CO₂ 轉化而來的 H⁺ 才是直接刺激中樞化學感受器、進而增強呼吸驅動力的物質。因此，細胞外液中「高氫離子」是直接且最強的刺激來源。

• D. 低氫離子 (Low H⁺)：

  • 錯誤。低氫離子代表鹼中毒（Alkalosis），這會降低對中樞化學感受器的刺激，導致呼吸減慢或變淺（通氣量下降），以保留體內的 CO₂ 來校正 pH 值。

答案解析

正確答案：(C) 高氫離子

題目問的是「細胞外液中，何者最容易刺激...」。中樞化學感受器浸泡在腦部的細胞外液（Brain ECF）中，該區域的氫離子（H⁺）濃度升高是興奮感受器的直接原因。儘管在生理上，腦部 ECF 的 H⁺ 升高通常是由動脈血中的 CO₂ 擴散進入腦部所引起，但就「直接刺激受體的物質」而言，是 H⁺。因此，高氫離子是最正確的描述。

核心知識點

考生應釐清「中樞」與「周邊」化學感受器的差異，這是國考生理學的必考重點：

1. 中樞化學感受器 (Central Chemoreceptors)：

   • 位置：延腦 (Medulla)。
   • 刺激物：腦脊髓液/細胞外液中的 H⁺ 升高（主要源自血中 CO₂ 穿過 BBB 後轉化）。
   • 特性：對 CO₂ 分壓變化最敏感（透過 H⁺ 間接作用），對 O₂ 不敏感。H⁺ 無法直接穿過 BBB。

2. 周邊化學感受器 (Peripheral Chemoreceptors)：

   • 位置：頸動脈體 (Carotid bodies)、主動脈體 (Aortic bodies)。
   • 刺激物：
     • 低 PO₂（主要刺激，特別是當 PO₂ < 60 mmHg 時）。
     • 高 PCO₂。
     • 高 H⁺（代謝性酸中毒時主要靠此調節）。
   • 特性：反應速度快，是人體應對低氧環境的主要機制。

參考資料

1. Vander's Human Physiology: The Mechanisms of Body Function - Control of Respiration.
2. Ganong's Review of Medical Physiology: Regulation of Respiration - Chemical Control of Breathing.
3. Nutritional Biochemistry and Physiology Exam Materials: 114年營養師國考生理學試題分析.