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114年:物治基礎(2)

下圖為肌肉肌腱單元（musculotendinous unit）的模擬圖，與收縮元件（contractile component）並聯的彈性元件（parallel elastic component ）所模擬的是那些組織？①肌膜（sarcolemma）②肌腱（tendons）③肌外膜（epimysium） ④肌束膜（perimysium） 圖片

A①②③
B①③④
C②③④
D③④

詳細解析

本題觀念：

本題考查的是生物力學中經典的希爾肌肉模型（Hill's Muscle Model）。該模型將肌肉肌腱單元（Musculotendinous unit, MTU）簡化為三個主要機械元件，用以解釋肌肉產生力量與長度、速度之間的關係：

  1. 收縮元件（Contractile Component, CC）：代表具備收縮能力的肌小節（sarcomere），主要由肌動蛋白（actin）與肌球蛋白（myosin）橫橋構成，負責主動產生力量。
  2. 串聯彈性元件（Series Elastic Component, SEC）：與收縮元件串聯，主要代表傳遞力量的肌腱（tendon）。
  3. 並聯彈性元件（Parallel Elastic Component, PEC）：與收縮元件並聯，代表肌肉中負責提供被動張力的結締組織與膜結構。

影像分析：

  • 模型架構：圖片展示了一個疊加在人體上臂與前臂骨骼上的希爾模型示意圖。
  • CC（Contractile Component）：圖中標示為阻尼器（damper）符號的方塊，代表肌肉的主動收縮部分（肌纖維/肌小節）。
  • PEC（Parallel Elastic Component）：圖中與 CC 並排（並聯）的彈簧線圈，代表當肌肉被拉長時會產生被動阻力的組織。此元件的兩端與 CC 的兩端連接，意味著它與肌纖維長度變化同步。
  • SEC（Series Elastic Component）：圖中位於 CC/PEC 組合上方與下方的彈簧線圈，代表與肌肉串聯的組織。這些彈簧直接連接骨骼，顯示力量需透過此元件傳遞至骨骼，這在解剖上對應於肌腱。

選項分析

題目詢問的是**並聯彈性元件（PEC）**模擬的組織：

  • ① 肌膜（Sarcolemma）：

    • 分析：肌膜是包覆單條肌纖維的細胞膜。當肌纖維（CC）被拉長時，包在外部的肌膜也會隨之被拉長並產生被動張力。在生物力學定義中，肌膜與肌纖維是「並聯」關係。
    • 結論：屬於 PEC。

  • ② 肌腱（Tendons）：

    • 分析：肌腱位於肌肉的兩端，將肌肉產生的力量傳遞至骨骼。在希爾模型中，肌腱與收縮元件是「串聯」的關係，力量必須經過肌腱才能作用於骨骼。因此，肌腱是**串聯彈性元件（SEC）**的主要代表結構。
    • 結論：屬於 SEC，不屬於 PEC。

  • ③ 肌外膜（Epimysium）：

    • 分析：包覆整塊肌肉的結締組織層。它與肌肉纖維平行排列，當肌肉被動拉伸時，肌外膜會提供阻力。
    • 結論：屬於 PEC。

  • ④ 肌束膜（Perimysium）：

    • 分析：包覆肌束（fascicle）的結締組織層。同樣與肌纖維平行，是肌肉被動彈性阻力的重要來源之一。
    • 結論：屬於 PEC。

綜合以上分析，屬於並聯彈性元件（PEC）的組織為 ① 肌膜、③ 肌外膜、④ 肌束膜。

  • (A) ①②③：包含肌腱（②），錯誤。
  • (B) ①③④：包含了肌膜與各層結締組織，完全正確。
  • (C) ②③④：包含肌腱（②），錯誤。
  • (D) ③④：雖然 ③ 和 ④ 正確，但漏掉了同樣屬於並聯結構的肌膜（①），完整性不如 (B)。

答案解析

正確答案為 (B) ①③④。

在 Hill's Muscle Model 中：

  • PEC (Parallel Elastic Component) 的解剖對應結構包含：肌內膜 (Endomysium)、肌束膜 (Perimysium)、肌外膜 (Epimysium) 以及肌膜 (Sarcolemma)。此外，細胞內的巨型蛋白（如 Titin）有時也會被歸類在此或作為細胞內的並聯彈性來源，但結締組織膜層是 PEC 最主要的解剖對應。
  • SEC (Series Elastic Component) 的解剖對應結構主要為：肌腱 (Tendon)。雖然肌小節內的橫橋 (Cross-bridges) 也有些微串聯彈性，但巨觀生物力學主要指肌腱。

因此，題目問 PEC，應選擇所有平行於收縮蛋白的膜狀與結締組織結構，排除串聯的肌腱。

核心知識點

  • Hill's Muscle Model 三要素對應：
    • CC (收縮元件)：肌小節 (Actin + Myosin)。
    • SEC (串聯彈性元件)：肌腱 (Tendon)。
    • PEC (並聯彈性元件)：肌膜 (Sarcolemma)、結締組織 (肌內膜、肌束膜、肌外膜)。
  • 功能區分：
    • SEC 負責儲存與釋放彈性位能（如增強式訓練 Plyometrics 的機制）。
    • PEC 負責提供肌肉被拉長時的被動張力（Passive Tension），保護肌肉避免過度拉伸。

參考資料

  1. Neumann, D. A. (2016). Kinesiology of the Musculoskeletal System: Foundations for Rehabilitation. 3rd Edition. Elsevier. (Chapter 3: Muscle Structure and Function).
  2. Hall, S. J. (2018). Basic Biomechanics. 8th Edition. McGraw-Hill Education. (The structure of skeletal muscle and the Hill model).
  3. Winter, D. A. (2009). Biomechanics and Motor Control of Human Movement. 4th Edition. Wiley.
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