當肌肉長度超過休息長度再繼續拉長 30%時，有關長度與張力關係（ length-tension relationship ）之敘述，下列何者正確？

本題觀念：

本題考查的核心觀念是骨骼肌的長度-張力關係 (Length-Tension Relationship)，特別是區分主動張力 (Active Tension) 與 被動張力 (Passive Tension) 在肌肉被拉長時的變化趨勢。

選項分析

• A. 主動張力及被動張力皆隨著長度增加而增加
  • 錯誤。主動張力在超過靜止長度 (Resting Length, $L_0$) 後，會因為肌節 (Sarcomere) 內的粗細肌絲重疊減少而下降，並非增加。
• B. 主動張力隨之增加，被動張力則是遞減
  • 錯誤。這與生理事實完全相反。主動張力在拉長時是遞減的（下降支），而被動張力是由結締組織與彈性蛋白產生，拉長時應是遞增。
• C. 主動張力隨之降低，被動張力則是遞增
  • 正確。
    • 主動張力：當肌肉長度超過最佳靜止長度 ($L_0$) 繼續拉長時，肌動蛋白 (Actin) 與肌凝蛋白 (Myosin) 的重疊區域減少，導致橫橋 (Cross-bridge) 形成的數量減少，因此主動產生的張力會下降。
    • 被動張力：來自肌肉內的彈性成分（如 Titin 蛋白、肌膜等結締組織）。當肌肉被拉長超過靜止長度時，這些彈性組織像橡皮筋一樣被拉緊，產生對抗拉伸的阻力，因此被動張力會指數型上升。
• D. 主動張力隨之降低，被動張力則不改變
  • 錯誤。被動張力在肌肉被拉長超過靜止長度後會顯著增加，並非不變。

答案解析

根據 滑動肌絲學說 (Sliding Filament Theory) 與肌肉力學特性：

1. 靜止長度 (Resting Length, $L_0$)：此時粗細肌絲的重疊最佳，能產生最大的主動張力。
2. 拉長 30% ($1.3 \times L_0$)：
   • 主動張力 (Active Tension)：處於長度-張力曲線的下降支 (Descending Limb)。由於肌節過長，部分橫橋無法接觸到肌動蛋白，導致收縮力下降。
   • 被動張力 (Passive Tension)：肌肉內的並聯彈性成分 (Parallel Elastic Components, PEC) 開始被拉伸。通常在超過 $L_0$ 後，被動張力曲線會開始急劇上升。

因此，當肌肉被拉長至休息長度的 130% 時，主動張力下降，被動張力上升。

核心知識點

1. 主動張力 (Active Tension)：
   • 來源：肌節內橫橋 (Cross-bridge) 的形成。
   • 曲線特徵：呈倒 U 型 (Inverted U-shape)。
   • 最佳長度：在靜止長度 ($L_0$, 約 2.0-2.2 $\mu m$ 肌節長) 時張力最大。
   • 過度拉長：進入下降支，張力隨長度增加而線性下降 (直至無重疊，張力為 0)。
2. 被動張力 (Passive Tension)：
   • 來源：並聯彈性成分 (PEC)，主要是 Titin (肌聯蛋白) 與結締組織 (肌內膜、肌束膜)。
   • 曲線特徵：呈指數型上升。
   • 起始點：通常在肌肉被拉長至接近或超過靜止長度時開始產生，隨拉長程度急劇增加。
3. 總張力 (Total Tension)：主動張力 + 被動張力。在極度拉長時，總張力主要由被動張力貢獻。

參考資料

1. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, 14th Edition. Unit XV: Sports Physiology.
2. Ganong's Review of Medical Physiology, 26th Edition. Chapter 5: Excitable Tissue: Muscle.
3. Deranged Physiology: Relationship between muscle length and tension. (詳細解釋了主動與被動張力曲線的生成機制)