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115年:心兒物治(1)

李先生為健康男性 25歲70公斤，其進行跑步時心率 150 bpm，心搏量 90 mL/beat ，通氣量為 65 L/min ，呼吸頻率35次/min ，動靜脈血氧差為 14 mL/dL ，其在此跑步運動時之 MET數值約為何？

A5.5
B6.6
C7.7
D8.8

詳細解析

本題觀念：

本題考查的核心觀念是Fick Principle (菲克原理) 的應用以及 MET (代謝當量) 的換算。

  1. Fick Principle: 用於計算攝氧量 (VO2VO_2)，公式為： VO2=Cardiac Output (CO)×(a−vO2 difference)VO_2 = \text{Cardiac Output (CO)} \times (a-vO_2 \text{ difference}) 其中，心輸出量 (CO) = 心率 (HR) × 心搏量 (SV)。
  2. MET (Metabolic Equivalent of Task): 1 MET 定義為安靜時的攝氧量，數值約為 3.5 mL O2O_2/kg/min。計算運動強度時，需先算出相對攝氧量 (mL/kg/min)，再除以 3.5。

選項分析

計算步驟如下：

第一步：計算心輸出量 (Cardiac Output, CO)

  • 公式：CO=HR×SVCO = HR \times SV
  • 數據：HR=150 bpmHR = 150 \text{ bpm}，SV=90 mL/beatSV = 90 \text{ mL/beat}
  • 計算：150×90=13,500 mL/min=13.5 L/min150 \times 90 = 13,500 \text{ mL/min} = 13.5 \text{ L/min}

第二步：計算絕對攝氧量 (Absolute VO2VO_2)

  • 公式：VO2=CO×(a−vO2 diff)VO_2 = CO \times (a-vO_2 \text{ diff})
  • 數據：a−vO2 diff=14 mL/dLa-vO_2 \text{ diff} = 14 \text{ mL/dL}
  • 單位換算：14 mL/dL=140 mL/L14 \text{ mL/dL} = 140 \text{ mL/L} (因為 1 dL=0.1 L1 \text{ dL} = 0.1 \text{ L}，故 14 mL/0.1 L=140 mL/L14 \text{ mL}/0.1 \text{ L} = 140 \text{ mL/L})
  • 計算：13.5 L/min×140 mL/L=1,890 mL/min13.5 \text{ L/min} \times 140 \text{ mL/L} = 1,890 \text{ mL/min}

第三步：計算相對攝氧量 (Relative VO2VO_2)

  • 公式：Relative VO2=Absolute VO2/Body Weight\text{Relative } VO_2 = \text{Absolute } VO_2 / \text{Body Weight}
  • 數據：體重 = 70 kg
  • 計算：1,890 mL/min/70 kg=27 mL/kg/min1,890 \text{ mL/min} / 70 \text{ kg} = 27 \text{ mL/kg/min}

第四步：換算成 METs

  • 公式：METs=Relative VO2/3.5\text{METs} = \text{Relative } VO_2 / 3.5
  • 計算：27/3.5≈7.7127 / 3.5 \approx 7.71

選項比對：

  • (A) 5.5：計算結果不符。
  • (B) 6.6：計算結果不符。
  • (C) 7.7：計算結果約為 7.71，與選項相符。
  • (D) 8.8：計算結果不符。

(註：題目中的通氣量 65 L/min 與呼吸頻率 35次/min 為干擾資訊或補充生理參數，計算 METs 時主要依賴 Fick 公式及攝氧量。)

答案解析

正確答案為 (C) 7.7。 根據 Fick Principle 計算出該男性的攝氧量為 27 mL/kg/min，再依據 1 MET = 3.5 mL/kg/min 的定義進行換算，得出強度約為 7.7 METs。此數值屬於高強度運動 (Vigorous intensity)，符合跑步 (Running) 的生理表現 (一般慢跑/跑步約為 7-12 METs)。

核心知識點

考生應熟記以下運動生理學計算公式與常數：

  1. Fick Equation: VO2=(HR×SV)×(a−vO2 diff)VO_2 = (HR \times SV) \times (a-vO_2 \text{ diff})。注意單位換算，特別是動靜脈含氧差通常以 mL/dL 為單位，需換算為 mL/L (乘以 10) 才能與心輸出量 (L/min) 相乘。
  2. MET 定義: 1 MET = 3.5 mL/kg/min。這是標準的代謝當量轉換常數。
  3. 運動強度分級:
    • < 3 METs: 輕度 (Light)
    • 3 - 6 METs: 中度 (Moderate)

    • 6 METs: 高度 (Vigorous) 本題 7.7 METs 屬於高度運動。

參考資料

  1. Deranged Physiology. "Fick's Principle of cardiac output measurement".
  2. ACE Fitness. "Understanding Metabolic Equivalents (METs)".
  3. StatPearls - NCBI Bookshelf. "Calculating FICK Cardiac Output and Input".
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