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115年:心兒物治(1)

有關人體正常的運動反應，下列何者錯誤？

A運動時能量需求急速增加
B循環系統加快移走二氧化碳和乳酸的代謝產物，並散掉多餘的熱
C收縮肌肉輸送和使用氧的能力仰賴足夠的血流和細胞呼吸兩者的配合
D運動初期會刺激副交感神經，因而增加心臟幫浦的功能和引起一般性血管的收縮

詳細解析

本題觀念：

本題考查的是運動生理學 (Exercise Physiology) 的基礎觀念，重點在於人體對運動的急性生理反應，特別是自律神經系統（Autonomic Nervous System）的調節、循環系統的適應以及能量代謝的供需平衡。

選項分析

  • A. 運動時能量需求急速增加：(正確)

    • 運動時，骨骼肌收縮需要大量 ATP。從休息狀態轉變為運動狀態，肌肉的能量消耗速率可以瞬間增加 100 倍以上。為了滿足此需求，身體會迅速啟動磷酸肌酸系統、糖解作用及有氧呼吸來提供能量。這是運動生理學最基本的定義之一。

  • B. 循環系統加快移走二氧化碳和乳酸的代謝產物，並散掉多餘的熱：(正確)

    • 代謝廢物移除：運動會產生大量的二氧化碳 (CO2) 和氫離子/乳酸 (Lactate)。心輸出量 (Cardiac Output) 的增加加速了血液循環，將 CO2 運送至肺部排出，並將乳酸運送至肝臟（柯氏循環, Cori cycle）或心臟、非活動肌群進行氧化利用（Lactate Shuttle）。
    • 散熱：肌肉收縮效率約為 20-25%，其餘能量皆轉化為熱能。循環系統透過皮膚血管擴張 (Cutaneous Vasodilation) 增加流向皮膚的血流，透過輻射、傳導、對流及汗水蒸發將熱量散出，以維持體溫恆定。

  • C. 收縮肌肉輸送和使用氧的能力仰賴足夠的血流和細胞呼吸兩者的配合：(正確)

    • 這描述了 Fick Principle (費克原理) 的概念：攝氧量 (VO2VO_2) = 心輸出量 (QQ) ×\times 動靜脈含氧差 (a−vO2diffa-vO_2 diff)。
    • 足夠的血流 (QQ)：代表氧氣的「輸送」能力，由心臟幫浦功能和周邊血管分佈決定。
    • 細胞呼吸 (a−vO2diffa-vO_2 diff)：代表肌肉「使用」氧氣的能力，仰賴微血管密度、肌紅蛋白濃度及粒線體（細胞呼吸場所）的數量與酵素活性。兩者缺一不可。

  • D. 運動初期會刺激副交感神經，因而增加心臟幫浦的功能和引起一般性血管的收縮：(錯誤)

    • 神經調節機制錯誤：運動初期的心率上升主要歸因於副交感神經（迷走神經）的活性降低 (Parasympathetic Withdrawal)，隨後才是交感神經 (Sympathetic Nervous System) 的興奮。
    • 生理效應錯誤：
      1. 副交感神經的作用是「休息與消化」，刺激它會導致心跳變慢 (Bradycardia)、心臟收縮力下降（或無明顯影響），絕不會增加心臟幫浦功能。
      2. 一般性血管收縮 (General Vasoconstriction) 是交感神經興奮的結果（透過 α\alpha-腎上腺素受體），目的是將血液從非運動器官（如腸胃、腎臟）分流出來。若刺激副交感神經，並不會引起血管收縮。
    • 正確的敘述應為：「運動初期會抑制副交感神經並刺激交感神經，因而增加心臟幫浦的功能（心率與收縮力上升）和引起一般性血管的收縮（重新分配血流）。」

答案解析

本題要求選出錯誤的選項。選項 D 對於自律神經在運動中的角色描述完全相反。運動是一種壓力狀態，身體反應主導者是交感神經系統 (Sympathetic Nervous System)，而非副交感神經。交感神經興奮才會導致心跳加速、心收縮力增強以及周邊血管收縮。副交感神經在運動開始時是處於「抑制/撤除」的狀態。

核心知識點

考生應掌握以下運動生理學的自律神經調節原則：

  1. 心率控制 (Heart Rate Control)：
    • 休息時：副交感神經（迷走神經）主導。
    • 運動初期（心率 < 100 bpm）：主要由副交感神經活性撤除 (Withdrawal) 引起心率上升。
    • 高強度運動（心率 > 100 bpm）：主要由交感神經興奮 引起心率與收縮力進一步上升。
  2. 血流重分配 (Blood Flow Redistribution)：
    • 由交感神經媒介的血管收縮 (Vasoconstriction) 減少內臟器官血流。
    • 活動肌肉處則發生功能性交感神經溶解 (Functional Sympatholysis)，即局部代謝產物（如 NO, H+H^+, K+K^+, Adenosine）導致血管擴張，壓過交感神經的收縮作用，確保肌肉獲得充足血流。

參考資料

  1. Physiology of Sport and Exercise. Kenny, W. L., Wilmore, J. H., & Costill, D. L. (2020). Chapter 3: Control of the Internal Environment.
  2. ACSM's Advanced Exercise Physiology. Farrell, P. A., Joyner, M. J., & Caiozzo, V. (2012). Autonomic Nervous System Control of Heart Rate During Exercise.
  3. StatPearls [Internet]. Physiology, Exercise. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK544225/
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