ExamWise
114年:物治基礎(2)

有關運動單元生理學的敘述，下列何者錯誤？

A運動神經元以神經動作電位放電率（discharge rate）調節肌肉纖維收縮
B電刺激肌肉纖維時，頻率越高越容易產生強直收縮（tetanus）
C慢肌纖維產生強直收縮（tetanus）的電刺激頻率較快肌為低
D若欲產生相同肌肉收縮力量，向心收縮所需的運動單元數目比離心收縮少

詳細解析

本題觀念：

本題考查運動單元（Motor Unit）的生理特性，涵蓋神經肌肉控制的核心機制，包括：

  1. 頻率編碼（Rate Coding）：運動神經元如何透過改變放電頻率來調節肌力。
  2. 強直收縮（Tetanus）與肌纖維類型：不同肌纖維（慢縮肌 vs. 快縮肌）產生強直收縮所需的刺激頻率差異。
  3. 肌肉收縮型態與徵招（Recruitment）：在產生相同力量下，向心收縮（Concentric）與離心收縮（Eccentric）所需的神經驅動與運動單元數量比較。

選項分析

  • A. 運動神經元以神經動作電位放電率（discharge rate）調節肌肉纖維收縮：正確

    • 肌肉力量的調節主要依賴兩個機制：運動單元徵招（Recruitment）與頻率編碼（Rate Coding）。
    • 頻率編碼是指運動神經元透過改變動作電位的發放頻率（Discharge rate / Firing rate）來調節單一運動單元產生的張力。當頻率增加，會發生加成作用（Summation），使力量增加。

  • B. 電刺激肌肉纖維時，頻率越高越容易產生強直收縮（tetanus）：正確

    • 強直收縮（Tetanus）是因為刺激頻率夠快，使得肌纖維在下一次收縮前來不及放鬆，導致鈣離子持續累積在肌漿中，產生持續且融合的最大張力。
    • 因此，刺激頻率越高，單顫（Twitch）越容易疊加融合，進而產生強直收縮。

  • C. 慢肌纖維產生強直收縮（tetanus）的電刺激頻率較快肌為低：正確

    • **慢縮肌（Slow-twitch / Type I）**的單顫收縮時間（Contraction time）與放鬆時間較長（Calcium uptake 較慢）。由於單顫持續時間久，下一次刺激不需要非常快就能在放鬆前抵達並產生加成。
    • **快縮肌（Fast-twitch / Type II）**的單顫時間短，放鬆極快，因此需要更高的刺激頻率才能使單顫融合產生強直收縮。
    • 結論：慢肌的融合頻率（Fusion frequency）顯著低於快肌。

  • D. 若欲產生相同肌肉收縮力量，向心收縮所需的運動單元數目比離心收縮少：錯誤

    • 生理機制：離心收縮（Eccentric contraction）時，肌肉被拉長，此時除了肌凝蛋白與肌動蛋白的橫橋循環產生主動張力外，肌肉內部的被動彈性結構（如 Titin 蛋白）也會產生阻力。因此，離心收縮的機械效率較高，產生相同力量所需的能量（ATP）與神經驅動（Neural drive）較少。
    • 肌電圖（EMG）證據：研究顯示，在產生相同力量（Force/Load）的情況下，離心收縮所記錄到的肌電活動（EMG amplitude）顯著低於向心收縮。這代表離心收縮徵招的運動單元數目較少或放電頻率較低。
    • 錯誤點：題目敘述「向心收縮所需的運動單元數目比離心收縮少」，事實上應該是向心收縮所需的數目比離心收縮多（或離心比向心少）。

答案解析

本題要求選出錯誤的敘述。 選項 (D) 敘述與生理事實相反。為了產生相同的力量，向心收縮效率較低，需要徵招更多的運動單元；而離心收縮因為有被動張力的輔助，機械效率高，僅需徵招較少的運動單元即可抵抗相同的負載。

因此，正確答案為 (D)。

核心知識點

  1. 肌力調節機制：
    • 大小原則（Size Principle）：先徵招小（慢縮）運動單元，力量需求大時再徵招大（快縮）運動單元。
    • 頻率編碼（Rate Coding）：增加放電頻率可增加力量（直至強直收縮）。
  2. 肌纖維特性比較：
    • 慢肌（Type I）：抗疲勞、單顫時間長、強直收縮融合頻率低。
    • 快肌（Type II）：易疲勞、單顫時間短、強直收縮融合頻率高。
  3. 收縮型態與神經徵招：
    • 相同負重下：EMG 振幅（代表運動單元活性）排列為 向心 > 等長 > 離心。
    • 離心收縮對神經系統的需求最低，但在高強度離心運動下容易造成延遲性肌肉痠痛（DOMS）及微細損傷。

臨床重要性

  • 離心運動（Eccentric Exercise）：由於離心收縮在較低的神經驅動與心肺代謝需求下能產生極大的力量，常被用於肌腱病變（Tendinopathy）的復健及老年人肌力訓練（能以較低的生理負擔給予肌肉較大的機械刺激）。

參考資料

  1. Enoka RM. Muscle force is controlled by the recruitment and discharge rate of motor units. In: Neuromechanics of Human Movement. 5th ed. Human Kinetics; 2015.
  2. Duchateau J, Enoka RM. Neural control of lengthening contractions. J Exp Biol. 2016;219(Pt 2):197-204. (說明離心收縮的神經控制特性)
  3. Kamen G, Knight CA. Essential Sources in the Motor Control Literature. Section: Motor Unit Firing Behavior.
了解本站架構