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115年:心兒物治(1)

承上題【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？】，這位李先生有氧跑步運動訓練30分鐘，可以消耗大約多少熱量（大卡）？

A200
B240
C280
D320

詳細解析

本題觀念：

本題考查Fick Principle (菲克原理)的應用以及攝氧量與熱量消耗之間的轉換計算。解題關鍵在於先利用心血管參數計算出絕對攝氧量 (VO2VO_2)，再利用「每消耗1公升氧氣約產生5大卡熱量」的常數進行轉換。

選項分析

計算步驟詳解：

  1. 計算心輸出量 (Cardiac Output, Q)

    • 公式：Q=心率 (HR)×心搏量 (SV)Q = \text{心率 (HR)} \times \text{心搏量 (SV)}
    • 計算：150 bpm×90 mL/beat=13,500 mL/min=13.5 L/min150 \text{ bpm} \times 90 \text{ mL/beat} = 13,500 \text{ mL/min} = 13.5 \text{ L/min}

  2. 計算攝氧量 (VO2VO_2) - 應用 Fick Principle

    • 公式：VO2=Q×(a−vO2 diff)VO_2 = Q \times (a-v O_2 \text{ diff})
    • 單位換算：動靜脈血氧差 (a−vO2 diffa-v O_2 \text{ diff}) 給定為 14 mL/dL14 \text{ mL/dL}。
      • 因為 1 dL=100 mL=0.1 L1 \text{ dL} = 100 \text{ mL} = 0.1 \text{ L}，所以 14 mL/dL=140 mL/L14 \text{ mL/dL} = 140 \text{ mL/L}。
    • 計算：VO2=13.5 L/min×140 mL/L=1,890 mL/min=1.89 L/minVO_2 = 13.5 \text{ L/min} \times 140 \text{ mL/L} = 1,890 \text{ mL/min} = 1.89 \text{ L/min}

  3. 計算熱量消耗 (Calories)

    • 觀念：運動生理學中，通常估算 1公升的攝氧量約消耗 5 大卡 (kcal) 的熱量 (此數值會隨呼吸交換率 RER 不同而略有波動，但 5 kcal/L 是標準估算常數)。
    • 每分鐘消耗熱量：1.89 L/min×5 kcal/L=9.45 kcal/min1.89 \text{ L/min} \times 5 \text{ kcal/L} = 9.45 \text{ kcal/min}
    • 30分鐘總消耗熱量：9.45 kcal/min×30 min=283.5 kcal9.45 \text{ kcal/min} \times 30 \text{ min} = 283.5 \text{ kcal}

選項比對：

  • (A) 200：數值過低。
  • (B) 240：數值偏低。
  • (C) 280：計算結果為 283.5 kcal，與 280 最為接近。
  • (D) 320：數值過高。

替代算法 (利用 METs 驗證)：

  • 計算相對攝氧量：1,890 mL/min÷70 kg=27 mL/kg/min1,890 \text{ mL/min} \div 70 \text{ kg} = 27 \text{ mL/kg/min}
  • 計算 METs：27÷3.5≈7.71 METs27 \div 3.5 \approx 7.71 \text{ METs}
  • METs 熱量公式：Kcal≈METs×體重 (kg)×時間 (hr)×1.05\text{Kcal} \approx \text{METs} \times \text{體重 (kg)} \times \text{時間 (hr)} \times 1.05 (或簡化為 1)
  • 計算：7.71×70×0.5×1.05≈283.3 kcal7.71 \times 70 \times 0.5 \times 1.05 \approx 283.3 \text{ kcal} (與上述結果一致)

答案解析

正確答案為 (C) 280。

透過 Fick Principle 計算出該男性的絕對攝氧量為 1.89 L/min，依據每公升氧氣消耗 5 大卡的標準，30分鐘的運動量共消耗約 283.5 大卡，最接近選項 (C)。

核心知識點

考生應熟記以下運動生理學計算公式與常數，此類題型在物理治療師及運動醫學考試中極為常見：

  1. Fick Equation (菲克方程式)：VO2=HR×SV×(a−vO2 difference)VO_2 = HR \times SV \times (a-v O_2 \text{ difference})
  2. 單位換算陷阱：注意 a−vO2 diffa-v O_2 \text{ diff} 常以 mL/dL (即 mL/100mL) 給出，計算時需換算成 mL/L (數值 ×10\times 10) 以匹配心輸出量的公升單位。
  3. 熱量轉換常數：1 L O2≈5 kcal1 \text{ L } O_2 \approx 5 \text{ kcal}。
  4. METs 定義：1 MET=3.5 mL O2/kg/min≈1 kcal/kg/hr1 \text{ MET} = 3.5 \text{ mL } O_2/\text{kg}/\text{min} \approx 1 \text{ kcal}/\text{kg}/\text{hr}。

參考資料

  1. McArdle, W. D., Katch, F. I., & Katch, V. L. Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance.
  2. ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription.
  3. Powers, S. K., & Howley, E. T. Exercise Physiology: Theory and Application to Fitness and Performance.
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