111 年 國立成功大學體育健康與休閒研究所甲組《運動生理學》

此題為運動生理學的名詞解釋，主要在測試考生對重要生理學術語的理解與掌握程度。

Erythropoietin (EPO)：
EPO 是一種由腎臟（約 90%）和肝臟（約 10%）分泌的醣蛋白激素。它的主要功能是刺激骨髓製造紅血球。當身體缺氧（hypoxia）時，腎臟會偵測到氧氣水平下降，進而增加 EPO 的分泌。

此題為運動生理學的名詞解釋，主要在測試考生對本體感覺的理解。

Proprioception (本體感覺)：
Proprioception 指的是身體對其自身位置、運動和平衡狀態的感知能力，是一種內在的感覺。

此題為運動生理學的名詞解釋，主要在測試考生對無氧閾值的理解。

Anaerobic threshold (無氧閾值)：
無氧閾值（AT），又稱乳酸閾值（Lactate Threshold, LT），是指運動強度達到某個臨界點時，血液中的乳酸濃度開始顯著且持續上升的閾值。在低至中等強度的運動中，身體產生的乳酸能被快速代謝（氧化成能量或轉化為肝醣），因此乳酸濃度相對穩定。

此題為運動生理學的名詞解釋，主要在測試考生對神經傳導物質的理解。

Neurotransmitter (神經傳導物質)：
神經傳導物質是位於神經元（神經細胞）突觸前末端的化學物質，當神經衝動傳遞到突觸時，會由突觸前神經元釋放，然後擴散到突觸間隙，與突觸後神經元的受體結合，進而引發或抑制突觸後神經元的反應。神經傳導物質在神經系統的功能中扮演關鍵角色，負責傳遞神經訊號。在運動生理學中，重要的神經傳導物質包括：

1. 乙醯膽鹼 (Acetylcholine, ACh)：在神經肌肉接頭處釋放，引起肌肉收縮。

此題為運動生理學的名詞解釋，主要在測試考生對呼吸交換率的理解。

Respiratory exchange ratio (RER, 呼吸交換率)：
呼吸交換率（RER）是指在運動過程中，身體呼出的二氧化碳量（$VCO_2$）與吸入的氧氣量（$VO_2$）的比例，即 $RER = \frac{VCO_2}{VO_2}$。RER 主要用於評估運動時的能量代謝來源。

• 當 RER 值接近 0.7 時，表示主要以脂肪作為能量來源。
• 當 RER 值接近 1.0 時，表示主要以碳水化合物作為能量來源。

此題為運動生理學的名詞解釋，主要在測試考生對高強度間歇訓練的理解。

High-intensity interval training (HIIT, 高強度間歇訓練)：
高強度間歇訓練（HIIT）是一種訓練模式，其特點是將短時間的高強度運動間歇與短時間的低強度恢復或休息間歇交替進行。高強度運動階段通常會使心率達到最大心率的 80-95% 或更高，接近無氧閾值或更高強度，目的是在短時間內對身體產生強烈的生理刺激。恢復階段則可以是完全休息，或進行低強度運動（如慢跑、快走），以幫助身體恢復並準備下一個高強度間歇。HIIT 的好處包括：

此題考查運動生理學中最大攝氧量（$VO_2max$）的定義、影響因素，以及實測與預估的方法。

一、 何謂 $VO_2max$？
$VO_2max$（最大攝氧量）是指在最大運動強度下，人體能夠消耗的氧氣量，是衡量心肺耐力（cardiorespiratory fitness）的最高指標。它代表了身體在運動時，透過呼吸、循環和代謝系統將氧氣輸送至肌肉並加以利用的最高能力。$VO_2max$ 的單位通常為毫升/公斤/分鐘 ($mL/kg/min$)，表示每分鐘每公斤體重所能攝取的最大氧氣量。

二、 決定最大攝氧量的因素為何？
$VO_2max$ 的決定因素涉及多個生理系統，主要可分為以下幾類：

1. 氧氣輸送能力 (Oxygen Delivery)：
   • 心臟輸出量 (Cardiac Output, $Q$)：這是最重要的因素之一。心臟輸出量等於心搏量（Stroke Volume, SV）乘以心率（Heart Rate, HR），即 $Q = SV \times HR$。強健的心臟能以較大的心搏量泵送更多血液，進而輸送更多氧氣。
   • 動脈血氧含量 (Arterial Oxygen Content, $CaO_2$)：包括血紅素濃度（影響氧氣攜帶能力）和動脈血氧飽和度。
   • 周邊血管阻力與分佈：運動時，血管會擴張以增加血流量至運動肌肉。
2. 氧氣利用能力 (Oxygen Utilization)：
   • 肌肉的氧氣提取能力：運動肌肉中粒線體（mitochondria）的數量和密度、有氧酶的活性、毛細血管的密度等，決定了肌肉從血液中提取和利用氧氣的效率。
   • 肌肉質量與肌纖維類型：富含粒線體的慢縮肌纖維（Type I）在有氧代謝中佔有重要地位。
3. 遺傳因素：遺傳對 $VO_2max$ 有顯著影響，約佔 40-70%。
4. 訓練狀態：規律的有氧運動訓練可以顯著提高 $VO_2max$。
5. 年齡與性別：通常 $VO_2max$ 在 20-30 歲達到高峰，之後隨年齡增長而下降。男性一般比女性高，這與肌肉量、血紅素含量和體脂率等因素有關。
6. 體重與體組成：體脂肪比例越高，體重越重，每公斤體重能攝取的氧氣量可能相對較低。

三、 實驗室內實測法與運動場域預估方式

1. 實驗室內實測法 (Laboratory Measurement)：

此題考查運動生理學中運動疲勞的定義、原因，以及如何透過血液生化指標評估中樞疲勞。

一、 何謂 fatigue (運動疲勞)？
運動疲勞（Fatigue）是指在運動過程中或運動後，身體執行特定運動任務的能力下降的現象。它是一種複雜的生理和心理狀態，表現為運動表現的減退、肌肉力量和耐力的降低、反應時間的延長、協調能力的下降，以及主觀上感到疲倦、無力、不適或缺乏動機。疲勞可以發生在運動的任何階段，並且可能影響全身或特定肌肉群。

二、 潛在原因為何？
運動疲勞的原因眾多，可以分為以下兩大類：

1. 周邊疲勞 (Peripheral Fatigue)：指發生在運動肌肉本身或神經肌肉接頭處的疲勞，直接導致肌肉收縮能力下降。
   • 能量供應不足 (Energy Depletion)：
     • 肝醣耗竭 (Glycogen Depletion)：特別是對於長時間或高強度運動，肌肉和肝臟的肝醣儲備下降，是導致運動能力下降的關鍵因素。
     • 磷酸肌酸 (PCr) 耗竭：在高強度、短時間運動中，PCr 儲備快速耗盡，影響 ATP 的快速再生。
   • 代謝副產物累積 (Metabolic Byproduct Accumulation)：
     • 乳酸 (Lactate) 和氫離子 ($H^+$) 累積：在無氧糖解過程中，乳酸和氫離子的累積會降低肌肉細胞內的 pH 值，干擾酶活性（特別是糖解酶和 ATP 酶），影響鈣離子（$Ca^{2+}$）的釋放和收縮蛋白的結合，導致肌肉收縮力下降。
     • 無機磷酸鹽 (Pi)：ATP 水解產生的 Pi 累積，可能抑制肌鈣蛋白 C 的鈣結合能力，影響肌纖維滑動。
   • 離子通道功能失調 (Ion Channel Dysfunction)：
     • 鈉鉀離子幫浦 (Na$^+$/K$^+$ pump) 功能受損：持續的肌肉收縮會導致細胞內鈉離子 ($Na^+$) 增加和鉀離子 ($K^+$) 外流，長期下來會改變跨膜電位，影響肌肉興奮性，甚至導致肌肉疲勞。
     • 鈣離子 ( $Ca^{2+}$) 釋放與再攝取問題：肌漿網（sarcoplasmic reticulum）釋放 $Ca^{2+}$ 的能力下降，或 $Ca^{2+}$ 再攝取受阻，都會影響肌肉的收縮-舒張週期。
   • 神經肌肉接頭傳導障礙：神經傳導物質（如乙醯膽鹼）釋放不足或受體敏感性下降，影響神經訊號傳遞至肌肉。
2. 中樞疲勞 (Central Fatigue)：指發生在中樞神經系統（大腦和脊髓）的疲勞，表現為運動意願的降低、主動肌收縮指令的減弱，或對運動刺激的反應減退。
   • 神經傳導物質的改變：
     • 血清素 (Serotonin)：運動時血清素水平升高，可能與疲勞感增加、運動意願降低有關。
     • 多巴胺 (Dopamine)：運動時多巴胺水平下降，可能影響運動動機和獎勵機制。

此題考查運動生理學中的過度換氣現象，並結合時事，探討 COVID-19 期間運動的注意事項。

一、 何謂 hyperventilation (過度換氣)？
過度換氣（Hyperventilation）是指呼吸速率或深度超過身體代謝所需，導致呼出過多二氧化碳（$CO_2$）的現象。當 $CO_2$ 在血液中的分壓（$P_{CO_2}$）顯著下降時，會引起血液 pH 值升高（鹼血症，alkalosis）。
過度換氣可能由多種原因引起，包括：

• 情緒因素：焦慮、恐慌、壓力過大等。
• 生理因素：高原反應、代謝性酸中毒（身體試圖排除過多酸性物質，此時呼吸加深加快是代償，不屬於病理性過度換氣）、某些藥物影響。
• 運動相關：在高強度運動中，為滿足氧氣需求，呼吸會自然加快加深；但若反應過度，或在較低強度運動中出現顯著呼吸加快，則可能是一種過度換氣。

過度換氣的常見症狀包括：頭暈、頭痛、呼吸急促感、胸悶、心悸、肌肉抽搐或麻木感（特別是手腳和口周）、甚至暈厥。這些症狀主要與 $P_{CO_2}$ 下降導致的腦血管收縮、神經興奮性改變有關。

二、 COVID-19 期間運動時要注意的地方
COVID-19 疫情對人們的運動習慣和健康產生了影響。在疫情期間進行運動，尤其是在考慮到呼吸系統的影響時，需要特別注意以下幾點：

1. 遵循防疫規定，保持社交距離：
   • 戶外運動時，盡量選擇人少、通風良好的場域，與他人保持至少 1-2 公尺的距離，避免近距離接觸。
   • 室內運動（如健身房）需遵守場所防疫規定，注意通風、消毒和人流限制。
2. 評估自身健康狀況，特別是曾感染 COVID-19 者：

此題考查運動生理學、老年學與內分泌學的結合，探討停經後女性骨質疏鬆和認知功能下降的議題，並要求提供運動處方及其生理機制。

背景：
停經後女性面臨雌激素（Estrogen）水平顯著下降，這對骨骼健康和認知功能有雙重影響。雌激素對維持骨骼代謝平衡至關重要，缺乏會加速骨質流失，導致骨質疏鬆（Osteoporosis）。同時，雌激素也對大腦功能，包括神經保護、神經傳導和認知功能有調節作用，其下降可能增加認知衰退（Cognitive Decline）的風險。

一、 改善 Bone Mineral Density (BMD, 骨質密度) 的運動處方與生理機制

運動處方 (Exercise Prescription)：
為了改善停經後女性的骨質密度，運動處方應包含以下元素：

1. 負重運動 (Weight-bearing Exercises)：
   • 類型：快走、慢跑、爬樓梯、跳繩、登山、太極拳等。
   • 頻率：每週 3-5 天。
   • 強度：中等到高強度（自覺運動強度 RPE 5-7/10）。
   • 持續時間：每次 30-60 分鐘。
   • 機制：骨骼對機械應力（mechanical stress）有適應性反應。當骨骼受到足夠的負重和衝擊時，骨細胞（osteocytes）會偵測到這些應力，啟動骨骼重塑（bone remodeling）過程。透過刺激蝕骨細胞（osteoclasts）的活性，骨骼會進行微損傷修復，並在過程中增加骨質的沉積，從而提高骨密度。
2. 阻力訓練 (Resistance Training)：
   • 類型：使用啞鈴、彈力帶、器械或自身體重進行的抗阻訓練，針對主要肌群（如腿部、臀部、背部、核心肌群）。
   • 頻率：每週 2-3 天，與負重運動隔天進行。
   • 強度：中等到高強度，能完成 8-12 次重複的重量。
   • 持續時間：每次 30-45 分鐘。
   • 機制：肌肉收縮會牽拉骨骼，產生機械應力，刺激骨骼成長。同時，增加肌肉質量和力量，可以改善身體平衡和協調性，減少跌倒的風險，進而降低骨折的機率。此外，阻力訓練也被認為可以促進合成代謝激素（如生長激素、IGF-1）的分泌，這些激素對骨骼健康也有益處。
3. 平衡與柔軟度訓練 (Balance and Flexibility Training)：
   • 類型：太極拳、瑜珈、單腳站立、腳跟-腳尖行走等。
   • 頻率：可融入日常訓練，或每週 2-3 次。
   • 機制：雖然不直接增加骨密度，但能顯著降低跌倒的風險，而跌倒是導致骨質疏鬆患者骨折的主要原因。

潛在生理機制 (Potential Physiological Mechanisms)：

• 機械應力刺激：骨骼對機械負載的適應性反應，促進骨細胞活性，增加骨質沉積。
• 激素調節：運動可促進合成代謝激素（如生長激素、IGF-1）的分泌，抑制分解代謝激素，有利於骨骼健康。
• 改善肌肉力量與平衡：減少跌倒風險，間接保護骨骼。
• 局部生長因子釋放：運動可能促進骨骼微環境中生長因子（如 BMPs）的釋放。

二、 改善 Cognitive Decline (認知衰退) 的運動處方與潛在生理機制

運動處方 (Exercise Prescription)：
改善認知功能，運動處方應包含有氧運動和阻力訓練的結合：

此題考查運動生理學中橫紋肌溶解症的定義及其與運動的關聯，並要求提出預防措施。

一、 何謂橫紋肌溶解症 (Rhabdomyolysis)？
橫紋肌溶解症是一種嚴重的病症，其特徵是骨骼肌細胞（橫紋肌細胞）受到損傷，導致細胞內的內容物（如肌紅蛋白 myoglobin、肌酸激酶 CK、電解質等）大量釋放到血液循環中。當這些物質進入血液循環後，可能對腎臟造成嚴重損害，引發急性腎衰竭（acute kidney injury）。
橫紋肌溶解症的症狀包括：

• 肌肉疼痛（通常是全身性，或在受損肌肉部位）。
• 肌肉無力。
• 深棕色或紅色尿液（由於肌紅蛋白的顏色）。
• 疲勞感。
• 有時伴隨發燒、噁心嘔吐等。

二、 如何避免運動產生此症狀？
運動是導致橫紋肌溶解症的常見原因之一，尤其是在進行劇烈、長時間或不習慣的運動時。以下是避免運動引發橫紋肌溶解症的關鍵預防措施：

1. 循序漸進的訓練計劃 (Gradual Progression)：
   • 核心原則：這是最重要的預防措施。運動強度、時間和頻率的增加應緩慢進行。不要突然進行過度劇烈或長時間的運動，特別是對於平時缺乏運動習慣的人。
   • 建議：每次運動量增加不超過 10%，並給予身體足夠的時間適應。
2. 充分的熱身與緩和運動 (Adequate Warm-up and Cool-down)：
   • 熱身：運動前的熱身能提高肌肉溫度，增加血液循環，使肌肉為接下來的運動做好準備，降低受傷風險。
   • 緩和：運動後的緩和運動有助於身體逐漸恢復，清除運動產生的代謝廢物。
3. 充足的水分補充 (Adequate Hydration)：