參 人體的類型 二 身體質量指數 Body Mass Index BMI 亦作體重指數 是顯示身體肥 瘦的一個 一 體型 Somatotype 1940 年 代 美國的心理學家 William Herbert Sheldon 把人的體型劃分為三大類 身體質量指數 = 肥胖型 亦作內胚型 Endomo

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1 學習目標 幫助學生對人體各系統有基本認識 從 而建立體育學習的基礎 預期學習成果 學生將能夠 年齡別身高 Height for Age 成長曲 線圖 就是以身高作為年歲的函數製作而成 的圖表 以圖一的男生 年齡別身高 成長曲 線圖為例 它展示了 0 至 18 歲男性的第 和 97 百分位身高 根據 這圖 我們得知 14 歲男性的第 50 百分位 中 位數 和第 90 百分位身高分別是 162 厘米和 比較不同成長階段的生理特點 闡述人體骨骼 神經 肌肉 心血管和呼 吸系統的結構和功能 及 170 厘米 也就是說 在全部 14 歲男性當中 解釋有氧系統和無氧系統的機理 並舉 身高低於 162 厘米的佔 50% 而身高低於 170 例說明各類型體育活動的能量供應情況 厘米的則佔 90% 甲 成長和發展 貳 發展階段 壹 成長曲線 收集大量兒童數據後 就可以將身高 體 重 頭圍等參數作為年歲的函數 編訂 成長 曲線圖 以監察和預測兒童的生長狀況 階段 定義 特徵 指出生後的首兩 在這段時期 嬰 年 兒學會行 走 說話 並能維持 嬰 兒 期 動作的平衡和協 調 身體各部分 生長比例開始相 稱 兒 童 期 青 少 年 期 成 年 期 指兩歲後發展至 骨骼和牙齒開始 青少年前的一段 快速生長 時期 一般而言 女性 身體的機能日趨 由 10 歲 男性由 成熟 情緒較不 12 歲起便進入青 穩定 有時會感 少年期 覺沮喪 指個體生長速度 步入成年期後 逐漸緩慢下降的 人們都會發生一 人生階段 人類 系列的正常變 大約從 30 歲開 化 例如頭髮稀 始 身體各器官 疏 骨質流失和 功能開始逐漸衰 肌肉量下降等 退 每年約遞減 1% 圖一 男生 年齡別身高 成長曲線圖 第1頁

2 參 人體的類型 二 身體質量指數 Body Mass Index BMI 亦作體重指數 是顯示身體肥 瘦的一個 一 體型 Somatotype 1940 年 代 美國的心理學家 William Herbert Sheldon 把人的體型劃分為三大類 身體質量指數 = 肥胖型 亦作內胚型 Endomorphy 身材圓潤 容易積聚脂肪 2. 常用指標 身體質量指數的計算方法如下 身高 米 身高 米 根據衞生署的資料 亞洲成年人的身體 質量指數一般介乎 18.5 至 22.9 之間 肌肉型 亦作中胚型 Mesomorphy 渾身肌肉 身材高大 3. 體重 千克 瘦長型 亦作外胚型 Ectomorphy 身材高挑 瘦削 所屬類別 亞洲成年人 BMI 過輕 < 18.5 適中 過重 肥胖 >= 25 優點 花費低廉 容易操作 缺點 只用上體重及身高來進行計算 實際 上未能正確顯示脂肪百分比 三 身高別體重 Weight for height 曲線圖 由於營養過多會令兒童更早熟 所以過 重的兒童比同年齡的兒童一般較高 因此 先 修正兒童身高的數值後才製作的 身高別體 重 曲線圖 見圖四 就相對地較為準確 圖二 人類的三種體型 以上三種只是最 極端 的人體類型 沒 有人是僅屬於單一的類型 每個人的身體成 分都會或多或少涉及以上三種的人體類型 體型與運動項目的關係見圖三 圖三 體型與運動項目的關係 圖四 女生 身高別體重 成長曲線圖 第2頁

3 根據香港衞生署的資料 體重超過 身高 別體重 中位數 即第 50 百分位體重 的 20% 屬 超重 體重低於 身高別體重 中位數 的 20% 則屬 過輕 以一名身高 140 厘米 體重 36 千克的女 童為例 她的體重落在第 75 個百分位數上 由於身高 140 厘米女童體重的中位數是 32 千 克 32 千克 120% = 38.4 千克 所以這名身 高 140 厘米 體重 36 千克的女童未算過重 男生 女生 過低 <5.8% <12.1% 低 % % 對於身高超過 175 厘米的男童和 165 厘 米的女童及 18 歲以上的學童 應以身體質量 指數 BMI 來衡量是否過重或肥胖 四 身體組成 Body Composition 指人體內脂肪 骨骼 肌肉及水分的相對 比例 香港學校體適能獎勵計劃 將男 女 學生的 適中身體脂肪比率 分別定於 10.3% 至 20.1%和 15%至 26.8% 見表一 適中 % % 略高 % % 高 % % 過高 >30.0% >35.0% 表一 香港學校體適能獎勵計劃 身體脂肪百分比評級 五 人體的基本結構 Human Body Structure 人體的細胞大部分都包含著一個細胞核 nucleus 一種名叫細胞質 cytoplasm 的 濃厚液體 裡面藏著各種各樣的細胞器 organelles 並且由一層薄薄的細胞膜 cell membrane 包裹著 見圖六 圖五 人體結構的層次 人體的基本結構 從最簡單到最複雜 可 以分為 細胞 cell 構成生物體的最基本單位 能將攝取的營養物質轉換為能量 以維 持身體的功能 組織 tissue 由許多功能相似的細胞互 相連接而形成的細胞群體 圖六 細胞的基本結構 備註 器官 organ 由數種組織共同構成 能 擔任一種或多種獨特的生理功能 些具有其特殊功能的結構 細胞器的數 目和種類則視乎該細胞的功能而定 系統 system 由許多器官相互結合構 成 共同執行複雜的生理功能 細胞質是一種透明 魚膠狀的液體 約有 90%為水分 裡面藏著細胞器 細胞內一 2. 細胞器中的線粒體 mitochondrion 眾數 為 mitochondria 呈卵狀 內膜高度摺疊 第3頁

4 第二部分 : 人體 成嵴, 有氧呼吸 (aerobic respiration) 就是在此進行, 並合成大量的三磷酸腺苷 ( 唯一可被細胞直接利用的高能量化合物質 ) 因此, 線粒體經常被喻為細胞內的能源庫 細胞的種類和形態主要按其在機體內的 位置 生活條件及機能狀況而有所差異 圖七 不同種類的細胞 乙 骨骼系統 壹 骨骼系統的構造人體的骨骼系統 (skeletal system) 包括骨骼 軟骨 韌帶和肌腱, 約佔總體重的 20% 骨骼系統又可分為 : 中軸骨骼 (axial skeleton): 包括顱骨 ( skull ) 脊椎骨 ( 或脊柱 vertebral column) 肋骨 (ribs) 和胸骨 (sternum) 2. 附肢骨骼 (appendicular skeleton), 當中包括 : a) 上肢骨 (upper extremities): 包括肩胛骨 (scapula) 鎖骨 (clavicle 或 collarbone) 和兩臂及手部的骨 ; 及 b) 下肢骨 (lower extremities): 包括骨盤 (pelvis girdle) 和兩腿及腳的骨 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 4 頁

5 第二部分 : 人體 中軸骨骼 附肢骨骼 顱骨 ( 包括聽小骨及舌骨 ) 29 塊 頸椎 (7) 胸椎 (12) 上肢骨 ( 包括肩胛骨及鎖骨 ) 64 塊 椎骨 腰椎 (5) 骶骨 (1) 尾骨 (1) 26 塊 下肢骨 ( 包括骨盤 ) 62 塊 肋骨 12 對 胸骨 1 塊 80 塊 126 塊 共 206 塊 表二 成人骨骼數量及分佈 貳 骨骼系統的功能 支持 : 為身體提供一個牢固而堅硬的支撐, 以保持身體直立和對抗重力作用所引致的向下拉力 參 骨骼 骨骼是一種堅硬而非具彈性的組織, 含 有 65% 的礦物質 ( 無機物 ) 和 35% 的有機物 2. 活動 : 為肌肉提供依附點, 直接承受肌肉收縮時所產生的力量, 並運用槓桿原理產生動作 3. 保護器官 : 能保護身體重要器官, 如顱骨保護腦部 脊柱保護脊髓神經 肋骨保護肺和心臟 4. 儲存 : 儲存礦物質, 包括磷 鈣等 5. 生產 : 在骨骼內的紅骨髓 ( 骨骼內腔能製 造血球的組織 ) 能製造紅血球 白血球和 血小板 圖八 骨的內部結構 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 5 頁

6 第二部分 : 人體 骨的表層是密質骨 ( 亦作緻密骨, compact bone), 而內層則是海綿骨 (spongy bone) 密質骨是一種堅硬的骨元; 而海綿骨是由許多海綿狀物質, 交叉 排列成網狀所構成 骨骼中遍佈著極其豐富的血管, 並在骨化 (ossification) 過程 ( 即纖維性組織或軟骨等柔軟組織轉變成硬骨的過程 ) 中不斷生成新的血管 肆 關節關節 (joint 或 articulation) 是骨與骨連結的地方 按關節的可活動程度, 可分為 不動關節 (synarthroses 或 immovable joint): 如顱骨之間的連結 2. 微動關節 ( amphiarthroses 或 slightlymovable joint): 如椎骨的連結 3. 活動關節 (diarthroses 或 movable joint): 如肩關節 膝關節 若按關節的結構, 則可分為 圖九 滑液關節的結構人體有多種滑液關節, 包括 : 球窩關節 (ball-and-socket joint), 例如髖關節和肩關節 2. 屈戌 ( 鉸鏈 ) 關節 (hinge joint), 例如膝關節和肘關節 3. 樞軸關節 (pivot joint), 例如位於第一和第二頸椎之間的關節, 可容許頭部轉動 4. 滑動關節 (gliding joint), 例如手腕裡小塊骨頭之間的關節 纖維關節 (fibrous joints): 這類關節的骨與骨之間以纖維結締組織相連, 不能活動 ( 如顱骨 ) 2. 軟骨關節 (cartilaginous joints): 關節以軟骨相連, 只容許極小的活動範圍 ( 如脊柱 ) 3. 滑液關節 (synovial joints): 主要結構有關節面 關節軟骨 關節囊和關節腔, 活動範圍較大 ( 如膝關節 ) 關節腔是滑液關節中骨與骨連接處的空間, 由滑膜包圍表面, 內有滑液以減輕關節活動時的摩擦 滑液是一種濃稠 無色的液體, 可以增加潤滑度, 減少摩擦, 並可以緩衝兩骨間的撞擊作用 圖十 不同種類的滑液關節 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 6 頁

7 第二部分 : 人體 伍 軟骨軟骨 (cartilage) 是一種比骨骼更柔軟的物質, 具緩衝震盪的作用 軟骨內沒有血管或神經連繫, 由附著在軟骨表面的血管向軟骨輸送營養物質, 所以受損後的愈合速度很慢 由膠原纖維組成 韌帶有強化並穩定關節及 限制關節活動幅度的作用 人體有三種不同類型的軟骨, 包括 透明軟骨 (hyaline cartilage): 主要分佈在肋軟骨 喉 氣管等處 2. 彈性軟骨 (elastic cartilage): 主要見於外耳 會厭軟骨 (epiglottis) 等處 3. 纖維軟骨 (fibrocartilage): 主要見於椎間盤 恥骨間的軟墊 膝關節的軟墊等 備註 : 圖十一 膝關節周圍的韌帶 陸 韌帶 韌帶 (ligament) 是連接兩塊骨頭的結締 組織, 質地堅韌而不帶彈性 ; 呈纖維狀, 多數 結締組織能在身體各處找到, 其功能包括連接 支撐和保護人體的結構, 例如骨骼 軟骨 韌帶和肌腱 廣義的結締組織還包括血液和淋巴液 柒 骨骼系統在不同發展階段的特點 彈性大 硬度小, 不易折斷, 但易變形 兒童期 關節窩較淺, 關節囊及關節周圍的韌帶較薄和鬆弛 關節伸展性與活動範圍較大, 但牢固性較差, 在外力的作用下較易脫位 正處於生長發育過程中, 身高 體重增長幅度加大 青少年期 關節結構與成年人基本相同, 但關節面軟骨較厚, 關節囊和韌帶較薄且鬆弛, 關節周圍的肌肉較細長 所以其伸展性與活動範圍都大於成年人, 關節的靈活性與柔韌性較佳, 但牢固性較差 青少年期快要完結時 ( 即 17 至 23 歲 ), 身體發育逐漸減慢, 生理機能日趨成熟和完善 身高的增長速度逐漸減慢 大約在 25 歲以後, 身高的增長雖因骨化完成而停止, 但人體肌肉開始迅速增長, 體重增加 成年期 骨骼開始脫鈣過程, 致使骨質密度降低 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 7 頁

8 第二部分 : 人體 丙 神經系統 壹 神經系統的構造神經系統主要由腦 脊椎神經 ( 即脊髓, spinal cord) 和神經構成, 它可被分為 : 中樞神經系統 (Central Nervous System, CNS): 由腦和脊髓組成, 是整個神經系統的控制中心, 經由周邊神經系統接受及傳送訊息 2. 周邊神經系統 (Peripheral Nervous System, PNS): 由所有連結中樞神經系統及周邊接受器 (receptors) 肌肉和腺體 (muscles and glands) 的神經所組成 2. 產生反應 思考和記憶 : 複雜的神經纖維連結著這兩個神經系統, 使人能夠因應外界環境的變化而產生適當的反應, 並且有思考 記憶 情緒變化的能力 參 神經元神經細胞, 又稱為 神經元 (neuron), 是神經系統的基本結構與功能單位 神經細胞發育成熟以後, 便會喪失其分裂和增生的能力, 一旦死亡將無法再生 所有神經元都包含有相同的部分 : 細胞本體 (cell body) 是細胞核的所在 細胞本體的細胞質向外延伸成無數的樹突和單一的軸突 樹突 (dendrites), 是一群由細胞本體發出的樹狀突起, 每一個神經元可以有數以百計的樹突 樹突可與其他神經元的軸突連接, 是神經元的訊息接收站, 把傳入的神經脈衝 ( 亦即訊息 ) 送至神經元的細胞本體 軸突 (axon), 是一條單一細長的管狀突起, 把細胞本體的神經脈衝傳送至末端的突觸 (synapse) 所有神經元都只有一條軸突, 而且大部分的軸突都覆蓋著一層脂肪物質, 稱為髓鞘 (myelin), 再有結締組織包裹在髓鞘之外, 這種結構可以加速神經脈衝的傳導 貳 神經系統的功能 調節運動 : 神經系統控制著每塊肌肉的 伸縮, 所以它是調節運動的中心樞紐 圖十二 神經脈衝 ( 訊息 ) 的傳導 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 8 頁

9 神經元又可按不同的傳導方向分為以下 三類 見圖十三 感覺 傳入 神經元 sensory neuron 或 afferent neuron 把訊息由感受器傳入中 樞神經系統 2. 運動 傳出 神經元 motor neuron 或 efferent neuron 把訊息從中樞神經系統 傳送至反應器 肌肉或腺體 3. 銜接 中間 神經元 association neuron 或 interneuron 連接感覺神經元和運動 一 腦的結構與功能 腦是高度發達 結構複雜的柔軟組織 大 約由 1000 億個神經元組成 腦的表面包有三 層被膜 分別是腦膜 meninges 腦脊液 cerebrospinal fluid 和顱骨 神經元 圖十五 蛛網膜與軟腦膜之間的腦脊液循環 流動 可進一步保護腦部因撞擊而導致的傷 害 腦分為多個部分 各部分之間彼此互相 聯通 共同執行腦的功能 圖十三 不同種類神經元的協作情況 肆 中樞神經系統 由腦和脊髓所組成 負責接收和整合周 邊的各種訊息 以及發出反應或動作指令 圖十六 腦內各個部分的相對位置 圖十四 中樞神經系統的運作情況 大腦 cerebrum 構成腦的最大部分 分為左半球和右半球 左半球控制右半 身的活動 右半球控制左半身的活動 兩 個大腦半球的表面都覆蓋著一層薄的灰 第9頁

10 色 物 質 稱 為 大 腦 皮 層 cerebral 管內 成人脊髓全長約 45 厘米 它沿著脊髓 cortex 這皮層是神經元胞體集中的地 方 負責執行思考 記憶 推理等功能 的長軸 向兩旁伸出許多神經 分佈到全身皮 膚 肌肉 骨骼和內臟器官 大腦半球劃分成四個不同的腦葉 即前額葉 frontal lobe 頂葉 parietal lobe 枕 葉 occipital lobe 和 顳 葉 脊髓是周邊神經與腦之間傳遞資訊的交 匯通道 也是軀幹和四肢的反射中樞 temporal lobe 伍 周邊神經系統 補充閱讀 是指除中樞神經系統以外的神經組織 可以被分為輸入神經系統 afferent system 和輸出神經系統 efferent system 兩個部分 輸入神經系統是由把訊息從周邊感受器 receptors 傳送到中樞神經系統的輸入 神經元 afferent neurons 亦作感覺神 經元 sensory neurons 所組成 2. 圖十七 大腦的各個分區及功能 小腦 cerebellum 調節所有隨意肌運動 維持身體平衡 控制身體姿勢和肌肉張 力 腦幹 brain stem 維持重要的身體功能 如調節呼吸 心跳 血壓 輸出神經系統是由把訊息從中樞神經系 統傳送到肌肉及腺體的輸出神經元 efferent neurons 亦作運動神經元 motor neurons 所組成 輸出神經系 統又再分為 a) 軀體神經系統 亦作動物性神經系 統 somatic nervous system 是由從 中樞神經系統把訊息傳送至骨骼肌 的輸出神經元所組成 軀體神經系 統只能使骨骼肌產生動作 而且受 意志控制 二 脊髓的結構與功能 b) 自主神經系統 autonomic nervous system ANS 亦作植物性神經系統 vegetative nervous system 是由 從中樞神經系統把訊息傳送至平滑 肌 心臟肌及腺體的輸出神經元所 組成 它不受意志控制 自主神經系統又再分為交感神 經系統 sympathetic nervous system 及副交感神經系統 parasympathetic 圖十八 脊髓周圍的結構 脊髓呈長繩狀結構 直徑大約手指般粗 上端與腦相連 向下貫穿於脊椎骨組成的椎 第 10 頁 nervous system 這兩組神經系統分 別發揮刺激及抑制的相反作用 以 維持人體內部的恆定 homeostasis

11 交感神經系統的刺激功能包括加速心跳 擴張氣管 分解肝醣 放大瞳孔 促進腎 備註 上腺素分泌 促進汗腺分泌 抑制唾液腺 從事劇烈運動的時候 交感神經興奮 心臟搏動加 快 血液循環加速 呼吸運動加強 汗腺分泌增多 分泌 抑制消化液分泌 抑制腸胃蠕動 骨骼肌的血管擴張 以便進行活動 同一時間 副 抑制排尿 膀光擴張 等 交感神經卻抑制某些器官或系統 如消化系統 的 副交感神經系統的抑制功能則包括減慢 心跳 收縮氣管 合成肝醣 收縮瞳孔 不必要活動 2. 使汗腺分泌回復正常 促進消化液分泌 當休息的時候 副交感神經興奮 各器官的活動又 回復正常 促進腸胃蠕動 促進排尿 膀胱收縮 等 陸 神經系統在不同發展階段的特點 兒童期 青少年期 成年期 神經系統的抑制過程不完善 較易出現興奮狀態 神經細胞工作能力低 易疲勞 但也容易恢復 神經傳導過程的興奮與抑制發展趨於平衡 機能逐步完善 抽象思維能力增強 分析和綜合能力逐漸提高 神經活動減弱 記憶力下降 中樞神經抑制過程逐漸減弱 入睡難且易醒 第 11 頁

12 第二部分 : 人體 丁 肌肉系統 壹 肌肉系統的功能 產生活動及維持身體姿勢 : 當肌肉收縮時, 所依附的骨骼被牽引, 便能產生動作 此外, 在任何時刻, 肌肉都保持著一定的張力 (muscle tone), 以維持身體姿勢 例如, 當屈曲肘關節的時候, 肱二頭肌收縮, 肱三頭肌舒張 ( 放鬆 ) 以配合屈肘的動作 ; 所以肱二頭肌是主動肌, 肱三頭肌是擷抗肌 當伸展肘關節時, 肱三頭肌收縮, 肱二頭肌舒張 ; 所以肱三頭肌是主動肌, 肱二頭肌是擷抗肌 ( 見圖十九 ) 2. 供能和產熱 : 肌肉細胞內的氧 糖原及其他能量物質能產生一系列的化學反應, 為肌肉提供收縮時所需要的能量 ; 與此同時, 熱能亦會伴隨著釋放, 並且可以被機體用作調節體溫 貳 肌肉類型與肌肉纖維一 肌肉的特質參與收縮的肌纖維 ( 肌肉細胞 ) 越多, 肌肉收縮的力量越大 肌肉還有以下的特質 : 收縮性 (contractility): 指接受刺激後, 肌肉有收縮或縮短的能力 2. 興奮性 (excitability): 指肌肉可以對刺激作出反應的能力 3. 延伸性 (extensibility): 指肌肉可以被延展的能力 4. 彈性 (elasticity): 指肌肉被拉伸後, 可回復到原來長度的能力 二 主動肌和擷抗肌人體大多數的骨骼肌都是以配對 (antagonistic pairs) 形式運作, 其中一組是主動肌 (agonist 或 mover), 即主作用肌群, 真正負責構成動作 ; 另一組作相反動作以配合運動的稱為擷抗肌 (antagonist) 圖十九 屈曲和伸展肘關節時, 肱二頭肌和肱三頭肌的配對情況 屈曲肘關節伸展肘關節肱二頭肌收縮主動肌舒張擷抗肌肱三頭肌舒張擷抗肌收縮主動肌三 肌肉的類型肌肉系統是由三種不同的肌肉組成 : 骨骼肌 (skeletal muscles): 大多數都附於骨骼上, 與骨骼系統相配合, 受意識 ( 意志 ) 控制而做出各種各樣的動作, 所以是隨意肌 由於在顯微鏡下可看見明暗相間的橫紋, 所以亦稱作橫紋肌 2. 平滑肌 (smooth muscles): 主要構成人體內臟器官 ( 心臟除外 ) 如胃 腸 血管等的管壁 在顯微鏡下沒有橫紋 ( 故稱平滑肌 ), 也不受意識支配 ( 所以是不隨意肌 ) 及不易疲勞 3. 心臟肌 (cardiac muscles): 只存在於心臟中而得名, 在顯微鏡下亦可看見橫紋和分支, 但不受意識支配, 也不易疲勞 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 12 頁

13 骨骼肌 平滑肌 心臟肌 受意志支配 不受意志支配 不受意志支配 顯微鏡下有橫紋 顯微鏡下沒有橫紋 顯微鏡下有橫紋 容易疲勞 不易疲勞 不易疲勞 四 骨骼肌的結構 備註 補充閱讀 骨骼肌細胞內還有數以千計線狀的蛋白絲 稱作肌 原纖維 myofibrils 每條肌原纖維又是由兩種肌 原纖維微絲 myofilaments 所組成 較幼身的一 種稱作肌動蛋白微絲 actin filament 而較粗身的 一種則稱作肌球蛋白微絲 myosin filament 它們 按一定規則重疊排列而構成肌節 sarcomeres 也 就是肌肉收縮的最微小單位 圖二十 骨骼肌的結構 骨骼肌是由數以千計 具有收縮能力 的多細胞核肌細胞 muscle cells 所組成 由於呈纖維狀 所以亦稱作肌纖維 muscle fibers 可長達 35 厘米 並且由結締組織 所覆蓋和接合在一起 這個在肌肉內由結 締組織所形成的網絡最後聯合起來構成 肌腱 muscle tendon 並且把肌肉間接地 連接到骨骼上 肌腱的主要成分為束狀膠 元蛋白 只有少許彈性 肌腱本身沒有收 縮的能力 但卻有很大的抗張能力 圖二十一 骨骼肌纖維的結構 第 13 頁

14 第二部分 : 人體 五 人體主要的骨骼肌 人體共有 600 多條骨骼肌, 約佔全身重量的 40%, 當中較常提及的有 : 骨骼肌名稱斜方肌 (Trapezius) 三角肌 (Deltoid) 胸大肌 (Pectoralis Major) 肱二頭肌 (Biceps Brachii) 肱三頭肌 (Triceps Brachii) 背闊肌 (Latissimus Dorsi) 腹 ( 直 ) 肌 (Rectus Abdominis) 臀大肌 (Gluteus Maximus) 縫匠肌 (Sartorius) 股四頭肌 (Quadriceps) 大腿後肌 ( 膕旁肌,Hamstring) 腓腸肌 (Gastrocnemius) 產生動作轉動 向後伸展 向側屈曲頭頸 外展肩膀 內收 上提肩膀 ; 用力吸氣時上提胸部 屈曲手肘 伸展手肘 伸展脊椎 ; 一則纖維收縮時向同側屈曲身體 向前屈曲身體 伸展 外旋 外展髖部 屈曲 外旋 外展髖部 ; 屈曲 內旋膝部 伸展膝部 股直肌還可以屈曲髖部 屈曲膝部 ; 伸展髖部 蹠屈足部 ; 屈曲膝部 備註 : 股四頭肌 (Quadriceps) 是由股直肌 (Rectus Femoris) 股外側肌 (Vastus Lateralis) 股內側肌 (Vastus Medialis) 和較深層的股中間肌 (Vastus Intermedius) 所組成 大腿後肌 ( 即膕旁肌,Hamstring) 是由股二頭肌 (Biceps Femoris) 半腱肌 (Semitendinosus) 和半膜肌 (Semimembranosus) 組成 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 14 頁

15 其實 在體育運動及訓練上較常提及到的骨骼肌還有 六 骨骼肌纖維的類型 2. 慢縮肌纖維 I 型肌纖維 Type I Fiber 慢縮肌纖維的有氧代謝能力高 但無氧 糖酵解能力差 低強度耐力運動項目主 要依賴這類肌纖維產生動作 有些精英 馬拉松運動員的 腿部肌肉內 大約有 80%是慢縮肌纖維 慢縮肌 紅肌 快縮肌 白肌 有氧代謝能力 高 低 2. 無氧糖酵解能力 低 高 3. ATP/CP 儲存 少 多 4. 神經傳導速度 慢 快 5. 抵禦疲勞能力 高 低 快縮肌纖維 II 型肌纖維 Type II Fiber 快縮肌纖維有較多的 ATP 和 CP 儲存 相 關內容見 能量系統 部分 神經傳導 速度快 但非常容易疲勞 依據生理特點 快縮肌纖維甚至還 可分為快縮有氧糖酵解的 IIa 型 Type IIa 肌纖維 和快縮無氧糖酵解的 IIb 型 Type IIb 肌纖維 圖二十二 顯微鏡下的肌肉纖維分佈狀況 第 15 頁

16 圖二十三 不同項 目運動員的骨骼肌 纖維分佈 對於中等強度的活動 慢縮肌纖維和 Type IIa 備註 補充閱讀 快縮肌纖維會一同運作 若活動持續下去 研究結果還顯示速度性項目運動員主要運動 Type IIb 快縮肌纖維亦會加入工作 至於更高 肌肉內 快縮肌纖維的比例較高 例如 世界 強度的活動 慢縮肌纖維和兩種快縮肌纖維 級優秀運動員小腿肌內快縮肌可佔上 70 至 Type IIa 和 IIb 都會很快地按次序加入工作 90% 反過來說 耐力性項目運動員主要運動 的行列 肌肉內 慢縮肌纖維的百分比較高 一些頂級 長跑運動員小腿肌內慢縮肌的比例可以高達 學者普遍認為每塊肌肉內兩種肌纖維的比例 是遺傳的 訓練並不會改變肌肉內慢縮肌纖維 90% 不過 一般認為這種現象只是自然選擇 和快縮肌纖維的百分比組成 不過大部分研究 natural selection 的結果 仍顯示訓練會使到各種肌纖維無論在大小和 基於種種在結構 生化和功能上的分別 快縮 功能上均有所增長 部分研究亦發現快縮紅肌 肌纖維會傾向被徵用於短時間而強度大的活 Type IIa 纖維與快縮白肌 Type IIb 纖維則 動 而慢縮肌纖維則會被主要徵用於長時間的 可隨著訓練而改變 例如 耐力訓練可使原本 耐力活動 氧化能力較低的快縮白肌 Type IIb 纖維轉化 總括來說 在一般的情況下 慢縮肌纖維會最 為氧化能力較高的快縮紅肌 Type IIa 纖維 先被徵用於活動之中 再視乎活動的強度 持 至於性別方面 女性肌肉內慢縮肌纖維的比例 續時間或疲勞的出現 快縮肌纖維亦會加入工 較男性高 所以女性的爆發力一般比男性差 作的行列 第 16 頁

17 參 肌肉收縮的類型 b) 等張收縮 isotonic contraction 指肌肉 收縮時 張力不變而肌肉長度改變 等張 縮時肌肉被拉長 2. 等長收縮 isometric contraction 指肌肉 收縮時 肌肉長度不變 也沒有產生動作 3. 等動收縮 isokinetic contraction 在肌肉 收縮又可以再分為 a) 向心收縮 concentric contraction 收縮時肌肉縮短 離心收縮 eccentric contraction 收 收縮過程中 無論只用輕力或盡全力 整 個動作都在速度不變下完成 等張收縮 肌肉收縮時 的特性 等長收縮 等動收縮 向心收縮 離心收縮 縮短 伸長 不變 張力 阻力不變 但肌肉用力 張力 會轉變 阻力不變 但肌肉用力 張力 會轉變 轉變 隨阻力而轉變 速度 轉變 轉變 沒有動作 固定不變 二頭肌收縮 並縮短 二頭肌收縮 但伸長 二頭肌收縮 但長度不變 需要靠特別 器械進行 用力 > 重量 用力 < 重量 用力 = 重量 長度 例子 轉變 提起及放下 啞鈴 備註 補充閱讀 進行重量訓練時 肌肉的動作 無論是由 於向心收縮或離心收縮所做成 傳統上 都被稱作等張收縮 亦即是說在動作進 行的過程中 張力 也就是肌肉產生的力 量 在整個動作範圍保持不變 可是 肌肉收縮實際上還是要配合槓桿 Iso 和 tonic 分別有 相等 和 張力 的意思 當肌肉產生的張力大過要對抗的阻力時 例如要提起啞鈴作臂彎舉練習 產生 張力的肌肉 這例子中的肱二頭肌 便會 縮短 並提起啞鈴 進行向心收縮 反過 來說 當肌肉產生的張力小於要對抗的 阻力時 例如要有控制地把啞鈴下降至 原來位置 肌肉在產生張力的同時會被 拉長而進行離心收縮 第 17 頁 原理一同操作的 隨著肌肉施力的角度 改變 例如在臂彎舉屈臂與伸臂的過程 中 手肘角度的改變會影響到肌肉施力 的角度 雖然要對抗的阻力 啞鈴的重 量 維持不變 但肌肉產生的張力實際上

18 是會隨著施力的角度而改變 所以有些 神經元 將有關訊息傳到中樞神經系統 阻力訓練的專家學者 已嘗試改用一些 如 Dynamic Constant External Resistance DCER 的 名 稱 去 取 代 Isotonic 腦或脊髓 引發感覺及反應 2. Contraction 以便更準確地描述進行重量 訓練時 實際上只是阻力 並非肌肉產生 的張力 保持不變 運動神經 包括軀體神經系統和自主神 經系統 a) 軀體神經系統 隨意 支配骨骼肌的 活動 b) 3. 自主神經系統 不隨意 包含交感神 經系統 起興奮作用 以及副交感神 經系統 起抑制作用 其功能主要 在調控內臟的平滑肌運動 以及調 控內分泌腺體產生內分泌激素 反射弧 reflex arc 反射指身體不等待 腦的指揮 對刺激作出規律性反應 例 當無意中碰到滾燙物體 在產生痛覺 之前 脊髓的神經中樞已發出指令 支配 相應的肌肉收縮 使手快速地移離滾燙 物體 圖二十四 屈曲手肘時 肘關節角度與張力的關係 肆 神經肌肉的控制 感覺神經 感受器 如眼 耳 皮膚等 受到刺激 產生神經脈衝 經感覺 傳入 圖二十五 反射弧的運作情況 伍 肌肉系統在不同發展階段的特點 兒童期 肌肉中水分含量較多 蛋白質 脂肪和無機鹽類較少 肌肉細嫩而富有彈性 收縮力和耐力較差 肌肉發育不平衡 大肌肉 上肢肌肉發育先於小肌肉 下肢肌肉 肌力的增長不均勻 第 18 頁

19 第二部分 : 人體 肌肉中含水量較多, 蛋白質 脂肪以及無機鹽類較少 青少年期 肌肉細嫩 與成年人比較, 收縮能力較弱, 耐力較差, 易疲勞, 但恢復較成年人快 在生長加速期, 肌肉縱向發展較快 生長加速期後, 肌肉橫向發展較快, 肌纖維明顯增粗 女性在 15 至 17 歲 男性在 18 至 19 歲時肌力增長最為顯著 成年期 肌肉開始萎縮, 彈性降低, 收縮力減弱 戊 心血管系統 心血管系統 (Cardiovascular System, 或循環系統,Circulatory System) 是由血液 血管和心臟組成 貳 血管的種類血管是心血管系統中血液運輸的網路或管道, 當中包括了大大小小的動脈 (arteries) 靜脈 (veins) 和微血管 (capillaries) 壹 心血管系統的功能 輸送血液至全身各處 2. 運輸氧氣和營養物到身體各個細胞, 並帶走二氧化碳和代謝廢物 3. 淋巴系統可以回收過量的體液和製造淋 巴細胞, 調節免疫功能 圖二十六 動脈 靜脈和微血管的關係 結構 功用 備註 動脈 靜脈 微血管 由平滑肌構成, 管壁較 由平滑肌構成, 管壁較 由非常薄的內皮細胞構 厚而有彈性 薄, 缺乏收縮性和彈 成 是最細微的血管 形成小動脈 (arterioles) 性 管壁極薄, 讓各種細胞 與微血管相連 內壁有瓣膜, 防止血液 和物質 ( 氧 營養素和 倒流 廢物等 ) 能撰擇性地通 形成小靜脈 (venules) 過管壁在血液及組織間 與微血管相連 進行交換 把血液從心臟運到身體 把血液從身體各部分送 連接動脈和靜脈 各部分 返心臟 除肺動脈外, 動脈內血 除肺靜脈外, 靜脈內血 液的含氧量較靜脈高, 液的含氧量較動脈低, 但二氧化碳的含量則較 但二氧化碳的含量則較 低 高 血壓比靜脈高 血壓比動脈低 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 19 頁

20 第二部分 : 人體 參 心臟一 心臟的結構心臟是一個由心臟肌組成的器官, 位於兩肺葉之間, 稍為偏向身體中線的左側 心臟是一個中空的器官, 分為四個腔室, 兩個位於上方的叫心房 (Atrium, 眾數 Atria), 是接受血液回流的腔室 ; 兩個位於下方的叫心室 (Ventricle), 是推動血液外流的動力泵, 室壁亦要比心房來得厚 圖二十七 心臟偏向身體中線的左側 圖二十八 心臟的內部結構 心房和心室之間有瓣膜, 左邊的是二尖 瓣 (Bicuspid Valve 或 Mitral Valve), 右邊的是 三尖瓣 (Tricuspid Valve); 左心室和大動脈之 間有半月瓣 (Semilunar Valve), 右心室與肺動 脈間亦有半月瓣 ; 瓣膜的主要功能都是為了 防止血液倒流 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 20 頁

21 二 心臟的傳導系統 三 心動週期 心臟本身就有一套刺激傳導系統 可以 自行產生電流傳導刺激心臟肌肉收縮 而心 臟組織中產生電流傳導的組織結構稱為 結 點 心臟的四個腔室會緊密配合 將血液輸 送到身體各部分 先由薄壁心房內的肌肉收 縮 擠壓腔室的血液進入心室 然後由厚壁心 室產生更大的壓力 驅使血液向外流動 心臟收縮的階段稱為收縮期 systole 隨後舒張的時期叫做舒張期 diastole 心臟每收縮和舒張一次構成一個心動週 期 cardiac cycle 安靜狀態時 每一心動週期的時間平均 不超過 1 秒 備註 補充閱讀 對於一個正常的心臟來說 當兩個心房收縮的時 候 兩個心室會舒張 放鬆 當兩個心室收縮時 圖二十九 心臟內神經脈衝傳導的路俓 兩個心房會舒張 一個心動週期就是指 1 次完整 的心跳過程 2. 竇房結 sinoatrial node 簡稱 SA node 位於右心房上壁 決定心臟收縮的節律 通常被視為心臟的正常起搏點 所以竇 房結又叫起搏器 pacemaker 房室結 atrioventricular node 簡稱 AV node 位於心房中隔的頂部 傳到房室 結的神經脈衝快速向下傳導 經房室束 時間為 = 0.8 秒 搏系統的一部分 最先的 0.1 秒 左右兩個心房收縮 兩個心室舒 張 心房與心室間的二尖瓣和三尖瓣打開 通往 主動脈和肺動脈的半月瓣關閉 接著的 0.3 秒 兩個心房舒張 兩個心室收縮 在第一階段 所有瓣膜都會關閉 進入第二階段 atrioventricular bundle 或 bundle of His 其左右分支 及蒲金氏纖維 Purkinje fibers 亦即終點站 傳至兩個心室 造 成左右心室的收縮 房室結是心房與心 室之間神經脈衝的傳遞站 也是調節脈 假設平均心率為每分鐘 75 次 一個心動週期的 兩個半月瓣會打開 最後的 0.4 秒 兩個心房和兩個心室都會舒張 在第一階段 所有瓣膜都會關閉 進入第二階段 二尖瓣和三尖瓣會打開 血液開始流進兩個心室 在一個完整的心動週期 心房的收縮期為 0.1 秒 備註 舒張期為 0.7 秒 心室的收縮期為 0.3 秒 舒張 期為 0.5 秒 由於竇房結比其他心肌組織自行產生衝 動的速度快 所以當衝動傳到其他心肌 組織時 它們已來不及產生自己的衝動 唯有跟隨竇房結的步伐 最後 衝動傳遍 左右兩個心房 造成收縮 第 21 頁 利用聽診器 stethoscope 可以聽到每一個心動 週期時 lubb dupp 兩聲 也就是所謂 心 跳聲 心跳聲 其實是心臟內瓣膜關閉的聲音 而不是心臟收縮的聲音 第一聲 lubb 聲音

22 較長和響亮 是兩個心室收縮時二尖瓣和三尖瓣 六 心輸出量 關閉的聲音 第二聲 dupp 聲音較短和細聲 是心室收縮期的最後階段 兩個半月瓣關閉的聲 心輸出量 cardiac output 就是每分鐘心 室輸出的血量 因此 音 隨著 lubb dupp 兩聲之後是一個停 心輸出量 = 心率 心搏量 頓 持續時間約為 lubb dupp 兩聲之間 備註 時間的兩倍 四 心率 心率 heart rate 就是心臟 1 分鐘搏動 的次數 通常透過測量脈搏 pulse 就可得知 = 70 次/分鐘 70 毫升/次 = 4900 毫升/分鐘 或 4.9 升/分鐘 備註 脈搏就是心室收縮 把血液輸送入主動 脈時 血管產生的搏動現像 每一次心跳就會產生一次脈搏 所以脈 搏可以用來測量心率 以一個正常成年人來說 假設安靜時心 率為每分鐘 70 次 心搏量為每次 70 毫 升 其安靜時的心輸出量 由於一個 70 千克重的人 其血量約為 5 升 所以心臟可於 1 分鐘左右輸出超過 一個人的總血量 肆 循環 血液在人體內會進行雙循環 圖三十 心率 心搏量與運動強度的關係 五 心搏量 心搏量 亦作每搏輸出量 stroke volume 就是每次心臟搏動時 左心室輸出的血量 備註 圖三十一 人體內的血液循環過程 一般人在休息時的心搏量約為 50 至 70 毫升 運動員 特別是耐力項目 可以達 90 至 110 毫升 第 22 頁 肺循環 pulmonary circulation 指含氧 量低的血液從右心室經肺動脈運送到肺 部的氣泡進行氣體交換 然後再把含氧 量高的血液經肺靜脈帶回左心房

23 第二部分 : 人體 2. 體循環 (systemic circulation): 指含氧量高的血液從左心室經主動脈及其分支運送到身體各部分 ( 肺部除外 ) 進行氣體交換, 然後再把含氧量低的血液經腔靜脈帶回右心房 當進行運動的時候, 身體會重新調節流向不同器官的血量 ( 見右表 ) 伍 淋巴系統淋巴系統 (lymphatic system) 是一個單向流動系統, 用於收集在細胞之間過多的組織液 ( 即淋巴液,lymph) 這系統在身體不同地方有突起的部位, 稱為淋巴結 (lymph node), 能產生抗體來消除入侵身體的細菌 休息 運動 器官 百分比 升 / 分鐘 百分比 升 / 分鐘 骨骼 腦 心臟 腎 肝 肌肉 皮膚 其他 總數 陸 心血管系統在不同發展階段的特點 心臟的相對重量和容積 ( 每千克體重 ) 與成年人相近 由於神經調節不夠完善, 新陳代謝比較旺盛, 故心率較快 兒童期 心肌纖維收縮力較弱, 心臟泵血力量小, 故每搏輸出量少, 但相對值 ( 每 千克體重 ) 的心輸出量較大 相對的血液量 ( 每公斤體重 ) 較成年人的血液量多, 但每體積單位的血液中血紅蛋白含量與成年人相比則較低 血管因易擴張而較粗, 血壓相對成年人也較低 心臟的重量與容積已達到成年人水平, 但心臟收縮力較弱 青少年期 動脈血管和微血管的直徑相對比成年人大, 外周阻力比較小, 所以血壓 較低 隨著年齡的增長, 心率變慢, 心輸出量增加, 血管外周阻力加大, 血壓 逐漸升高 從 30 歲起, 每 10 年心輸出量下降 6% 至 8%, 同期血壓卻上升 5% 至 6% 成年期 血管壁彈性降低, 血管運動功能和血壓調節能力減弱 血液膽固醇濃度也隨年齡增長而升高, 心臟冠狀動脈和腦動脈因此易發 生粥樣硬化 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 23 頁

24 第二部分 : 人體 己 呼吸系統 壹 呼吸系統的功能 呼吸 : 是指從外界環境中攝取氧氣, 並將其運送到體內, 在細胞之中進行氣體交換的過程 與此同時, 二氧化碳亦以相反的途徑被排出體外 2. 輔助發聲 : 當肺部排出氣體時, 氣息經過聲門, 便會引起聲帶的振動而發聲 不同人的音色有明顯的差異, 主要是取決於聲帶的長度和厚度 另外, 調整舌頭位置和口型亦可以發出不同的音質 貳 肺空氣可以透過兩條通道 ( 左 右支氣管 ) 進入肺部 鼻腔內的鼻黏膜和鼻竇旁能夠吸附塵埃, 溫暖及濕潤吸入的空氣 隨後, 空氣流經咽 ( 喉嚨 ), 再由喉進入氣管 ( 嗓門 ) 吞咽時, 喉腔有一片稱為 會厭 的軟骨可以覆蓋住氣管, 防止食物和飲料落入其中 氣管往下延伸並分支為左 右支氣管, 再連接自己的肺葉 (lobes, 左肺 2 片 右肺 3 片 ) 當支氣管進入肺葉後, 會繼續分支為更細小的氣管, 稱為小支氣管 (bronchioles) 每個小支氣管進一步分支形成終端部位的肺泡管 (alveolar ducts), 肺泡管的末端是肺泡 (alveoli, 單數 :alveolus) 肺泡的壁很薄及濕潤, 表面滿布微血管, 有效促進氣體交換 圖三十二 肺的內部結構 呼吸系統在調節人體運動水平中起著舉 足輕重的作用, 可利用 呼吸量 測試來檢測 肺功能 當進行運動時, 潮氣量 ( 指每次呼吸 所吸入或呼出的氣量 ) 便會急速上升 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 24 頁

25 圖三十三 各種不同的肺容量 備註 潮氣量 每次呼吸所吸入或呼出的氣量 約 350 至 500 毫升 2. 全肺容量 肺內全部的空氣量 4000 至 6000 毫升 3. 肺活量 最大吸氣之後所能呼出的最大空氣量 2500 至 4000 毫升 4. 殘氣量 用力呼氣後仍殘留在肺內的空氣量 1000 至 2000 毫升 參 肺通氣和氣體交換 呼吸過程可分為三 個部分 肺 通 氣 Pulmonary Ventilation 是指外界環境 與肺泡之間的氣體 交換過程 包括吸入 inhalation 和呼出 exhalation 空氣 圖三十四 呼吸的機制 第 25 頁

26 第二部分 : 人體 備註 :( 補充閱讀 ) 根據波意耳定律 (Boyle s Law), 當一個密閉容器的體積增加時, 容器內氣體的壓力會下降 ; 當容器的體積減少時, 氣體的壓力會上升 當肺內的氣壓低於大氣時, 空氣便會進入肺部 ; 當肺內的氣壓高於大氣時, 空氣便會離開肺部 吸氣前 : 肺內的壓力等如大氣壓力 ( 海平面為 760 毫米水銀柱或 1 個大氣壓力 ) 吸氣時 : 橫膈膜 (diaphragm) 收縮下降, 外肋間肌 (external intercostal muscles) 收縮, 使胸廓向上向外移動 ; 這都使到胸廓的容積增加, 而胸廓內的壓力減少, 於是空氣便進入肺部 呼氣時 : 橫膈膜和外肋間肌放鬆, 使得胸廓容積減少 ( 恢復至原來的大小 ), 胸廓內的壓力增加, 於是空氣便離開肺部 每分鐘通氣量 (minute ventilation) 是指每分鐘吸入或呼出的空氣量 一般人安靜時呼吸頻率為 16 至 18 次, 每分鐘通氣量為 6 至 9 升, 劇烈運動時, 呼吸頻率可以超過每分鐘 60 次, 潮氣量亦可以超過 2 升 ; 所以劇烈運動時的每分鐘通氣量可以超過 100 升, 耐力項目運動員甚致可以超過 160 升 2. 氣體交換 (Gaseous Exchange) 分為外呼吸 (external respiration 或 pulmonary respiration) 和內呼吸 (internal respiration 或 tissue respiration) a) 外呼吸在肺內進行, 當氧氣從肺泡擴散 (diffuse) 到微血管內的血液時, 二氧化碳同時逆向擴散到肺泡, 並被排出體外 b) 內呼吸在組織之間進行, 指氧氣經循環系統運送到各組織, 從血液擴散到細胞, 同時二氧化碳以相反方向擴散到血液中 備註 : 擴散是一種不消耗能量的物質移動方式, 物質會從濃度 ( 氣體則為分壓,partial pressure) 高往濃度 ( 分壓 ) 低的方向移動 3. 細胞內呼吸 (Cellular Respiration) 儲存在細胞內的營養素, 如糖原 ( 葡萄糖 ), 在線粒體中與氧氣發生反應, 釋放出能量 不過, 這些釋放出來的能量除了直接產生熱能外, 並不能夠立即提供給身體使用, 而必須先轉化成一些可以儲藏能量的化合物, 如三磷酸腺苷 (ATP) 各細胞 ( 如肌肉細胞 ) 亦只能利用 ATP 這種直接能源來提供能量以維持正常的功能 在這個過程中, 二氧化碳亦會產生, 並成為代謝廢物, 經循環系統排出體外 柒 呼吸系統在不同發展階段的特點 兒童期 由於新陳代謝旺盛, 耗氧量大, 因而呼吸頻率較快 呼吸肌力量較弱, 故肺活量較小 青少年期 肺臟 呼吸肌快速成長, 因而肺活量逐漸增加 成年期 肺組織彈性逐漸減小, 肺的擴張與收縮能力下降, 肺活量因而變小 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 26 頁

27 人體內就有三個能量系統 可以供應能 庚 能量系統 量作為重新合成 ATP 之用 其中兩個是無氧 系統 另外一個則是有氧系統 壹 三磷酸腺苷 貳 無氧系統 Anaerobic 本身是指沒有氧氣的意思 無 氧系統 anaerobic system 亦即是能夠在沒有 氧氣的情況下重新合成 ATP 的能量系統 人 體內總共有兩個無氧系統 它們分別是三磷 酸腺苷 磷酸肌酸系統 亦作磷酸原系統 ATP-PC system 和乳酸系統 lactic acid system 圖三十五 ATP 的化學結構 食物其實只是肌肉活動所需能量的間接 來源 從食物分解所釋放出來的能量 並不能 直接 給肌肉使用 這些能量都要先用以 製造一種儲存於肌肉之內 名為三磷酸腺苷 ATP adenosine triphosphate 的高能量化合 物 當 ATP 被分解時 所釋放出來的能量就可 以提供給肌肉工作之用 ATP-PC 系統 在人體的肌肉細胞內 其 實還儲存著另一種高能量化合物 磷酸 肌酸 phosphocreatine 簡稱 PC 亦有稱 作 creatine phosphate 或 CP 當 PC 被分 解的時候 就會釋放出能量 而這些能量 就可以用來重新合成 ATP PC 磷酸肌酸 P i 磷酸 + C 肌酸 + 能量 ATP 三磷酸腺苷 能量 + ADP + P i ATP ADP 二磷酸腺苷 + Pi 磷酸 + 能量 不過 PC 在人體內的儲存量也是極 為有限 整個 ATP-PC 系統僅足以維持不 到 10 秒的極量運動 可是 它的重要性 卻在於能夠提供即時的能量作肌肉活動 之用 所以是肌肉進行極量運動初期的 主要能量來源 因此 對於那些強度大 速度高 並且只需在數秒間完成的活動 圖三十六 ATP 分解成 ADP 並釋放出能量 如起跑 跳躍 投擲 舉重等 ATP-PC 系 統的作用尤為重要 可是 ATP 在肌肉內的儲存量極為有限 僅足以維持三數秒 或少於 10 秒 的極量運 動 maximal efforts 之用 ATP 在人體內是不 斷地被分解及重新合成 而重新合成 ATP 也 ATP-PC 系統 優點 是需要能量 缺點 能量 + ADP + Pi ATP 第 27 頁 輸出功率最快 不產生乳酸 不需要氧氣參與 供能總量少 持續時間短

28 2. 乳酸系統 除了 ATP-PC 系統外 人體還 可以在沒有氧氣的情況下 借助乳酸系 統來產生能量供肌肉活動之用 不同之 處卻是用上了糖原 包括葡萄糖 肌糖和 肝糖 作為燃料 糖 原 會 先 分 解 成 葡 萄 糖 -6- 磷 酸 glucose-6-phosphate 最後經由一系 列化學反應生成丙酮酸 pyruvate 在缺 氧的情況下 丙酮酸最後會轉化成乳酸 圖三十八 各供能系統在運動時的貢獻 乳酸在有氧的情況下 如休息或恢 復時段 可以透過氧化作用被消除 或 經由血液被運輸到肝臟 再重新合成肝 糖原 亦可在腎臟內進行分解 圖三十七 糖原在缺氧的情況下 參 有氧系統 最後會生成乳酸 雖然乳酸系統產生的能量不多 同 時由於乳酸堆積而容易造成肌肉疲勞 但這系統可確保在 ATP 耗竭後仍能持續 數十秒的快速供能 在極量運動的開始 階段 這系統即可參與供應能量 並且在 運動 30 秒左右時 供能速率達到最高峰 一些需要在 1 至 2 分鐘內完成的高強度 項目 如 400 米跑及 100 米游泳 都主 要依靠這系統來提供能量 當活動要持續下去的時候 由於乳 酸的大量積聚 乳酸系統的效率也開始 下降 有氧系統也就漸漸取而代之成為 在氧氣供應充足的情況下 有氧系統可 以用上糖原 脂肪 甚至是蛋白質作為燃料 為肌肉活動提供能量 這些能源物質在細胞 的線粒體內被氧化分解成二氧化碳和水 並 同時釋放大量 ATP 以維持人體作數分鐘或更 長時間的運動之用 由於糖原和脂肪在人體內的儲存量很大 所以從能量供應方面看 可說是無限的 糖類 可達 1 至 2 小時 而脂肪就可達更長的時間 有氧系統雖然供能的速率較低 但可維 持的時間卻更長 而且又不會產生乳酸 所以 是進行長時間耐力活動的主要供能系統 主要的供能系統 第 28 頁

29 主要產生三磷酸腺苷 能量系統 代謝物 維持運動的時間 磷酸肌酸 沒有 少於 10 秒 乳酸系統 糖原 乳酸 1-2 分鐘 有氧系統 糖原 脂肪 蛋白質 二氧化碳 水 沒有限制 直至 能源物質用完 的能量物質 磷酸原系統 (ATP-PC 系統) 備註 一般認為除非身體是處於飢荒 糖原消耗殆盡或非比尋常的耐力項目 如歷時數天的超長 距離跑 之中 否則蛋白質對提供能量作為肌肉活動的貢獻只是微不足道 肆 休息與進行運動鍛鍊時的能量代謝 備註 一 休息時的能量代謝 基礎代謝或休息代謝 佔人體日常能量 消耗的 60%至 75% 女性略低於男性 在 20 歲以後 基礎代謝率或休 基礎代謝率 Basal Metabolic Rate BMR 指人處於清醒狀態下 各器 官系統進行最基本的生理活動 如 息代謝率會隨著年齡的增長而 逐漸降低 呼吸 心跳和維持正常體溫等 所需 要消耗的能量代謝水平 1 MET 是指一個健康成年人安 靜坐著時的能量代謝水平 相當 於 i. 每分鐘每千克體重 3.5 毫升 3.5 ml/kg/min 的攝氧量 或 休息代謝率 Resting Metabolic Rate RMR 定義與基礎代謝率相同 但 測量規定則較為寬鬆 由於休息代 ii. 每小時每千克體重 1 千卡 1 kcal/kg/hr 或 千焦耳 kj/kg/hr 的能量消耗 2. 測量須在 30 至 60 分鐘休息後 進行 測量前 4 小時內沒有進 食等 能量代謝當量 Metabolic EquivalenT MET 是常用的能量代謝水平指數 測量基礎代謝率時 有非常嚴 格的規定 如測量須在充足睡 眠後 剛醒來時進行 測量前 12 小時內沒有進食 並必須維持 適中室溫等 謝率的量度較為便利 所以其應用 程度也較廣 基礎代謝率或休息代謝率的高低與 性別和年齡有關 第 29 頁 食物熱效應 thermogenesis 指食物在 消化 吸收和代謝過程中的熱量消耗 約 佔人體日常能量消耗的 10%

30 二 進行運動鍛鍊時的能量代謝 耗氧量便達至 穩定狀態 心肺系統功能較 進行運動鍛鍊時的能量代謝 是個別差 異最大的一個部分 約佔一般人日常能量消 耗的 15%至 30% 但每天訓練 5 至 6 小時的 運動員卻可達至 80% 能量代謝 活動 當量 好的人能夠早些達至耗氧量的 穩定狀態 身體累積的乳酸亦較少 運動結束後 肌肉活動雖然停止 但能量 消耗卻要經過一段時間才能夠回復到運動鍛 鍊前安靜時的水平 原因是重新合成肌肉內 的磷酸肌酸 PC 清除運動時產生的乳酸等 均需要消耗氧氣 而心肺系統功能較好的人 則會快些恢復 MET 睡覺 0.9 坐著 休息 聽課 看書 聊天等 0 站立 2 在安靜或運動的時候 人體內三個能量 步行 (平路 慢速) 2.0 烹飪 2.5 系統的重要性均有所不同 特別在運動的時 候 無氧系統和有氧系統均會供應能量作肌 下樓梯 3.0 舞蹈 華爾滋 慢速 3.0 上樓梯 4.5 太極 4.0 籃球 (射籃練習) 4.5 游泳 (悠閒 慢速) 6.0 緩步跑 7.0 籃球 (比賽) 8.0 一 安靜或休息時的能量來源 踏單車 (平路 時速約 20 公里) 8.0 有氧踏板操 踏板高度 厘米 8.5 足球 (比賽) 9.0 跑步 (時速約 12 公里 12.5 人體處於安靜或休息的狀態時 氧氣供 應充足 所以能量主要是由有氧系統提供 大 約有三分之二的能量是來自脂肪的代謝 另 外的三分之一則是來自糖原 而蛋白質的貢 備註 補充閱讀 肉活動之用 只不過各個能量系統的重要性 會按個別運動項目的種類 運動員的訓練狀 態及膳食等方面而有所差異 原則上大部分 的運動項目皆可被歸納為兩個類別 1 時間 短而強度大的運動 和 2 時間長而強度較 小的運動 當然 還有其他的一些項目是未能 歸入這兩個類別之中 備註 獻只是微乎其微 二 時間短 強度大的運動 更多有關日常活動及運動的能量代謝水 平可參考 Ainsworth 等 2011 的 2011 Compendium Tracking Guide 從休息狀態進入運動狀態 或在鍛鍊過 程中提升運動強度時 如加快跑速 增加阻力 等 耗氧量會急劇上升 然後在 1 至 4 分鐘 內達至穩定狀態 steady state 在達至穩定 狀態之前 身體主要依靠無氧系統提供能量 並因此而產生乳酸 當身體適應了新的運動 強度 並回復主要依靠有氧系統提供能量時 任何只可以維持 2 至 3 分鐘的運動項目 如 100 米 200 米 400 米及 800 米跑等 均 可被視為時間短而強度大的項目 由於人體 的攝氧能力始終是有上限 就以 100 米跑來 說 往往便需求到每分鐘近 8 升的氧氣 單靠 有氧系統根本是無法供應足夠能量作這類活 動之用 再者 就算人體的攝氧能力可以達到 如此的需求 機體仍需要 2 至 3 分鐘的時間 以作出各種有關的生物化學及生理上的調整 第 30 頁

31 第二部分 : 人體 因為這類時間短而強度大的項目經常要求到機體在氧氣短缺 (oxygen deficit) 的情況下提供能量作肌肉活動之用, 所以無氧系統 ( 包括 ATP-PC 系統及乳酸系統 ) 是這類項目的主要供能系統 對於時間極短而強度非常大的項目而言, ATP-PC 系統是主要的無氧供能系統 雖然 PC 會於很短時間之內下降至非常低的水平, 並一直維持於該水平至運動結束為止, 不過在運動結束後的數分鐘內,PC 便可以完全恢復 當運動持續下去, 乳酸系統逐漸取代 ATP- PC 系統而成為主要的無氧供能系統後, 無氧糖酵解的活動迅速活躍起來, 隨之而來的也就是同樣急劇的乳酸積聚, 這情況特別以 2 至 10 分鐘內完成的項目最為顯著 在 PC 接近衰竭及乳酸濃度不斷提高的情況下, 活動亦只得停止下來或改以較低的強度繼續進行 三 時間長 強度小的運動任何可以維持 10 分鐘或以上的運動項目, 都可以被歸納於這個類別之中 有氧系統是這類活動的主要供能系統, 糖原和脂肪都是主要的供能燃料 20 分鐘以內的運動項目主要以糖原作為燃料, 當運動持續下去 ( 如 1 小時或以上 ), 糖原的儲備明顯下降時, 脂肪便會逐漸取而代之成為有氧系統的主要燃料 對於這類時間長而強度較小的項目來說,ATP- PC 系統及乳酸系統只在運動開始的階段, 即機體的攝氧量進入穩定狀態 (steady state) 之前 ( 通常需要 2 至 3 分鐘 ), 或運動中途及尾段, 運動員要作加速或最後衝刺時, 才會起著積極的作用 因此, 雖然血液內的乳酸濃度亦可以相當之高, 但通常不及乳酸系統主導時般嚴重 肝糖耗盡以致血糖濃度下降,(2) 肌糖耗盡而出現局部的肌肉疲勞,(3) 水分和電解質流失導致體溫上升, 及 (4) 心理上感到沉悶等 (Costill,1974) 時間更長的項目如步行 哥爾夫球或日常的勞作等, 因為單憑 ATP-PC 系統已足夠應付機體進入穩定狀態前額外的能量需求, 所以血液內乳酸的水平一般與安靜時無異, 而且疲勞的情況亦得以壓後或甚至不會出現 四 其他項目除了是 時間短 強度太 和 時間長 強度小 的項目外, 還有一些運動項目是介乎於兩者之間的, 這類項目的特點, 就是需要到有氧系統及無氧系統的同時或交替運作 就以 1500 米跑及 3000 米跑為例, 在活動的加速及衝刺階段, 無氧系統是主要的供能系統 另一方面, 在活動的中段或穩定狀態階段, 能量則主要由有氧系統供給 其實, 不單止是徑賽項目如此, 其他的運動項目如游泳 自行車, 甚至是球類活動等, 都有類似的情況 時間再長的項目如馬拉松長跑, 運動員於比賽完結時血液內乳酸的濃度往往只是安靜時的 2 至 3 倍 (Costill 與 Fox,1969) 對於這類運動員來說, 導致疲累的原因包括 :(1) 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 31 頁

32 第二部分 : 人體 第二部分重要數字一覽 身體質量指數 (BMI) 標準 類別 歐美成年人 亞裔成年人 過輕 < 18.5 適中 過重 肥胖 >= 30 >= 身高別體重曲線圖 中位數的 120% 或以上 : 過重 中位數的 80% 或以下 : 過輕 3. 香港學校體適能獎勵計劃的 適中身體 脂肪比率 男生 % 女生 % 4. 細胞質約 90% 為水分 5. 人體的骨骼系統約佔總體重的 20% 6. 成人的骨骼系統共有 206 塊骨骼 7. 骨骼含有 65% 的礦物質和 35% 的有機物 8. 大約在 25 歲以後, 身高的增長因骨化完 成而停止 9. 腦大約由 1000 億個神經元組成 10. 成人脊髓全長約 45 厘米 1 肌纖維可長達 35 厘米 12. 人體共有 600 多條骨骼肌, 約佔全身重 量的 40% 13. 女性在 15 至 17 歲 男性在 18 至 19 歲 時肌力增長最為顯著 15. 休息時的心搏量一般人 50 至 70 毫升運動員 90 至 110 毫升 16. 一個 70 千克重的人, 其血量約為 5 升 17. 從 30 歲起, 每 10 年心輸出量下降 6% 至 8%, 同期血壓卻上升 5% 至 6% 18. 安靜時的潮氣量約為 350 至 500 毫升 19. 肌肉內儲存著的 ATP 僅足以維持三數秒 ( 或少於 10 秒 ) 的極量運動 20. 整個 ATP-PC 系統僅足以維持不到 10 秒的極量運動 2 乳酸系統在運動 30 秒左右時, 供能速率達到最高峰 ; 對那些需要在 1 至 2 分鐘內完成的高強度項目尤為重要 22. 體內糖分儲備可維持達 1 至 2 小時的有氧運動 23. 一天裡的熱量消耗基礎 / 休息代謝率 60-70% 食物的熱效應 10% 體能活動 15 30% 歲以後, 基礎代謝率或休息代謝率會隨著年齡的增長而逐漸降低 MET 是指一個健康成年人安靜坐著時的能量代謝水平, 相當於每小時每千克體重 1 千卡 (1 kcal/kg/hr), 或 千焦耳 (4.184 kj/kg/hr) 的能量消耗 26. 從休息狀態進入運動狀態, 或在鍛鍊過程中提升運動強度時 ( 如加快跑速 增加阻力等 ), 耗氧量會急劇上升, 然後在 1 至 4 分鐘內達至穩定狀態 14. 安靜狀態時, 每一心動週期的時間平均 不超過 1 秒 陳瑞祺 ( 喇沙 ) 書院第 32 頁