關於典型的骨骼肌長度與張力關係，下列何者錯誤？

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）。 這包含三個主要部分：

1. 主動張力（Active Tension）：由肌小節（sarcomere）中粗肌絲與細肌絲的橫橋（cross-bridges）結合產生。其大小取決於肌絲重疊的程度。
2. 被動張力（Passive Tension）：由肌肉中的彈性組織（如肌廷蛋白 titin、結締組織）在被拉長時產生，類似橡皮筋的彈性回縮力。
3. 總張力（Total Tension）：主動張力與被動張力的總和。

選項分析

• A. 當肌肉長度大於休息長度越多時，產生主動力量的能力逐漸減少（正確）

  • 分析：這是長度-張力曲線的「下降支（descending limb）」。當肌肉被拉長超過休息長度（$L_0$）時，粗肌絲與細肌絲的重疊區域減少，導致能形成的橫橋（cross-bridges）數量減少，因此產生的主動張力下降。

• B. 從休息長度被拉長時，被動張力幾乎從最低值開始逐漸增加（正確）

  • 分析：在休息長度（$L_0$）時，肌肉的並聯彈性成分（parallel elastic component，如 titin）通常處於鬆弛或剛開始受力的狀態，被動張力接近於零。當肌肉被拉長超過 $L_0$，彈性組織開始抵抗拉伸，被動張力呈現指數型上升。

• C. 從休息長度被拉長時，主動力量與被動張力之總和往上持續增加（錯誤，為本題答案）

  • 分析：總張力是主動與被動張力的疊加。
    • 在休息長度（$L_0$）時，主動張力最大，被動張力極低。
    • 當長度剛開始超過 $L_0$ 時，主動張力顯著下降，而此時被動張力的上升幅度通常還不足以補償主動張力的損失。
    • 因此，典型的骨骼肌總張力曲線在 $L_0$ 之後會先稍微下降（出現一個 dip）或持平，直到被拉伸到更長的長度，被動張力急劇上升並超過主動張力的下降幅度後，總張力才會再度往上飆升。
    • 故描述「往上持續增加（continuously increase）」是不準確的，因為忽略了主動張力下降導致的總張力初始跌幅。

• D. 最大主動力量產生時，肌小節（sarcomere）的架橋（cross-bridges）數量最多（正確）

  • 分析：根據滑動肌絲學說（Sliding Filament Theory），肌力的大小與橫橋形成的數目成正比。在最佳長度（Optimal Length, $L_0$）時，粗細肌絲的重疊（overlap）最理想，能形成最多數量的橫橋，因此產生最大的主動力量。

答案解析

本題要求選出錯誤的敘述。選項 (C) 錯誤，因為在骨骼肌的典型長度-張力曲線中，當肌肉從休息長度被拉長時，由於主動張力下降的速度在初期快於被動張力上升的速度，總張力通常會經歷一個下降或平原期，而非單調地持續增加。直到肌肉被過度拉伸，被動彈力才主導總張力的上升。

核心知識點

1. 最佳長度（Optimal Length, $L_0$）：骨骼肌產生最大主動張力的長度，此時 actin 與 myosin 重疊最佳，橫橋數最多（約 2.0-2.2 $\mu m$）。
2. 主動張力曲線：呈倒 U 型（Inverted U-shape）。過短（肌絲重疊干擾）或過長（重疊減少）都會導致張力下降。
3. 被動張力曲線：呈指數上升，主要由 Titin（肌廷蛋白） 提供張力，通常在 $>L_0$ 後才開始顯著產生。
4. 總張力曲線形狀：
   • 骨骼肌：通常有雙峰或中間有凹陷（dip），因為被動張力上升較晚。
   • 心肌：被動張力較早出現且上升陡峭，因此心肌的總張力曲線通常隨長度增加而持續上升（這也是心肌 Frank-Starling 定律的基礎之一，防止過度拉伸）。考生需注意骨骼肌與心肌此特性的差異。

參考資料

1. Vander's Human Physiology, "The Mechanism of Muscle Contraction: Length-Tension Relationship".
2. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, "Skeletal Muscle Physiology".
3. Ganong's Review of Medical Physiology, "Muscle Tissue".