運動生理週訊(第93期)
運動與身體發展(May 25, 2001)
王順正
身體發展的生理學意義
人體身體的發展是生長和發展兩種現象的綜合，生長是指體積(身高與體重)的增加，發展則是機能(功能)的提高，生長與發展實際上是互為因果，無法劃出明顯的界線。根據臺灣省教育廳於民國74年發表之國民中學體育常識教學資料指出，所謂身體發展的定義是：有機體或其器官的增大、加重，同時構造更加精密，機能更加進步。
就人類身體發展的變化來看，由於個別差異極大，以年齡來區分身體發展的狀況是極不適當的方法(吳文忠，1977；Astrand與Rodahl，1986)。因此，研究身體發展的情形時，一般是以嬰兒激增期、學童安定期、青春激增期與成熟漸緩期來區分身體發展的分界。有關身體各臟器的發展過程，則以Scammon的組織臟器發展曲線為代表(吳文忠，1977；臺灣省政府教育廳，1985；林風南，1990)。Scammon將人體的發展過程分為：一般型(general)、神經型(neural)、生殖型(genital)、淋巴型(lymphoid)等四種類型。圖一即將出生到20歲(成熟)之間，將上述各類型發育的最大增加量定為100時，各年齡階段的增加量之百分比。一般型代表身高、體重、胸圍、呼吸器官、循環器官、肌肉與血液等的測量值，在出生後急速發展，然後停滯一段時間，到了青春期時再顯著增加；神經型代表大腦、脊髓、視覺器官與頭部等的測量值，在出生後急速發展，到4至5歲已發展達80%；生殖型代表經巢、卵巢、子宮及體外生殖器等的測量值，青春期以前發育相當差，然後急速發展；淋巴型則為胸腺、淋巴節與間質性淋巴組織等的測量值，在青春期急速發展，其機能也達到最高點，然後逐漸下降。
圖一、Scammon的組織臟器發展曲線圖。
根據Scammon的組織臟器發展曲線圖，我們可以發現人體各部份的發育過程極不均勻。從身高的成長過程來看，主要有二個主要發展期，一個是出生到三歲，另一個則在青春期左右(14歲前後)。男女生身高發展的主要差異，在於青春期的時間女生比男生早約二年。體重的發展情形與身高極為類似，屬於Scammon臟器發展分類的一般型。
神經系統的發展比其他器官來得早，尤其是腦的重量方面，出生時已是成人的25%，兩歲半時約為成人的75%，五歲時即達90%(臺灣省政府教育廳，1985)，十歲時幾乎與成人一致(中華民國體育協進會編譯組，1991)。由此可見，五歲前兒童在感覺與神經機能的發育即相當顯著。兒童在五歲以後，用來評量神經系統機能指標的敏捷、平衡與急速反覆運動能力測驗結果，即與成人的測量結果相差不多。由神經與肌肉之作用所引起的運動，首先起於不隨意運動的反射；在新生兒期常會發現這種反射性運動，但是隨著腦與脊髓的發達，這種反射會消失，而受意志控制的運動會增加(郭志輝，1987)。在感覺器官的發展方面，視、聽、味、嗅、觸等感覺或深部、平衡等感覺均很早就發展完成。對於聲音或光的反應時間來說，神經系統的發達比肌肉系統來得早，尤其是10至12歲之間的成長最為顯著。事實上，兒童期的身體運動，對於需要力量性的運動雖未成熟，但是已具備完成運動的基本能力。
骨骼的發展方面。全身有206塊(以上)骨骼，而這些骨骼的長度，直接決定身高的高低，也間接影響身體活動的正常化。骨骼在生長時，生長點的作用是骨骼成長的起點，隨著年齡的增加，生長點則會逐漸消失，到了20歲左右，即無法由X光片中看到骨骼的生長點位置。
肌肉的發展方面。肌肉的重量在剛出生時約佔體重的23%，8歲時約佔27%，15歲時約佔33%，到16歲時約佔44%與成年人差不多(中華民國體育協進會編輯組，1991)。肌力的發展亦隨年齡的增加而增加，在20至30歲時達最高值，在60歲時約為20至30歲時的80%(臺灣省政府教育廳，1985)。瞬發力的發展則在6歲以後隨年齡增加而增加，在青春期時顯著增加，然後一直呈停滯狀態。16歲左右女子的瞬發力只有相同年齡男子的65%(臺灣省政府教育廳，1985)。不過肌肉的發展，受到使用情形的影響極大，如果長時間不用肌肉，肌肉的重量、肌力、以及肌肉瞬發力都會明顯下降。
呼吸機能的發展方面。嬰兒剛出生時，肺內面積小，呼吸次數多，呼吸也不規則。同時呼吸時所必須的胸廓、橫隔膜、呼吸肌也未發達，隨著年齡的增加，呼吸的次數會減少，到16歲左右的正常呼吸次數為每分鐘16至18次(Astrand與Rodahl，1986)。
循環機能的發展方面。由於心臟的機能與全身的發育有極密切的關係，所以在幼兒時，心臟機能即已相當完整，並且隨著身體的發育，心臟的大小與強度會增加，尤其是在身心發育最顯著的青春期，心臟的發育最為顯著。有關心跳率的發展方面，嬰兒的心跳率約為每分鐘120至140次，10歲的學童約為每分鐘80至90次，正常成人的心跳率則約為每分鐘70次(臺灣省政府教育廳，1985)。在運動時的最大氧攝取量方面，亦隨著年齡的增加而上升，但是如果考慮體重的因素時，則沒有最大單位體重氧攝取量的成長效果((18歲以前，圖二)。
圖二、最大氧攝取量與年齡(18歲以前)的關係(林正常，1986)。
代謝機能的發展方面。代謝機能是維持生面的重要身體機能，包括基礎代謝、體溫調節、水分與電解質的代謝等。基礎代謝為維持組織與器官最低活動必須的能量消耗，單位體重或單位體表面積的基礎代謝，在1至2歲左右達到最大值，以後則逐漸下降。體溫調節機轉的發展，則至青春期方臻成熟。排汗量方面，幼兒期比成人多，在同一條件下幼兒排汗量約為成人的兩倍。
內分泌機能的發展方面。人體有各種不同的內分泌腺，分泌特有的荷爾蒙。各分泌腺發展的速度並不相同，受到代謝、生長與成熟的影響極大。腦下垂體分泌的荷爾蒙(如生長激素、性腺刺激荷爾蒙)，對發育有很大的影響；腦下垂體的重量隨年齡增加，10歲左右急速增重，20至25歲時生長至最大。甲狀腺分泌的荷爾蒙與代謝作用有密切關係；甲狀腺於胎兒期即開始發展，胎兒其第5個月開始分泌，出生以後隨年齡呈線性增加，15至20歲時達最大值。副腎在胎兒期已發展至相當重量，出生後反而減輕，至2歲後在慢慢增加；副腎有皮質、髓質，其分泌量若減少，會使肌肉能量和作業能力隨之降低。男女性腺不同，男生為睪丸、女生為卵巢，各分泌性荷爾蒙；男女性腺之發展速度不同，女子性腺10至14歲發展才趨成熟，而男子性腺分泌之荷爾蒙至15歲以後方達成人之平均值。
身體運動能力與年齡的關係
人類身體機能的發展，在20歲以前幾乎完全是正面的、積極的成長與發展。事實上，在30歲以後，隨著年齡的增加，大部份的身體運動能力受到極大的負面影響，尤其是有關肌肉、呼吸與循環系統的影響更大。
有關神經系統方面。腦的重量在15至20歲時最重，以後緩慢地減輕。隨著年齡的增加，神經系統機能降低，尤其以記憶力、學習能力較為顯著。對於反應時間方面，在超過20歲以後，亦會隨著年齡的增加而增加(圖三)。年紀大的人反應時間較為遲鈍，即是反應時間延長的最好證據。此外，其他感覺器官反應的退化，也是年齡所造成的共通現象。
圖三、反應時間(視覺反應)與年齡的關係(吳文忠，1984)。
骨骼方面。骨骼的退化是由於骨質流失，而出現骨萎縮和骨質疏鬆所致，嚴重時更會形成骨質疏鬆症，尤其是婦女約從30歲開始，骨中礦物質即逐漸流失，而男性大約從50歲才開始有此現象。骨質流失會導致骨骼密度和骨骼應變能力的下降，容易造成骨折的發生。
肌肉方面。一般人在25至30歲之間，肌力達到最大值(Astrand與Rodahl，1986)。隨著年齡的增加肌力會逐漸下降，林麗娟(1993)指出30歲以後肌力每十年下降約5%。圖四即顯示肌肉的最大等長肌力隨著年齡變化的情形。在肌力退化過程中，以快縮肌退化的比例最高(林麗娟，1993)，因此，老年人在肌肉瞬發力上的退化比肌力與肌耐力的退化來得快。
圖四、肌肉最大等長肌力與年齡的關係(Astrand與Rodahl，1986)。
呼吸系統方面。肺臟的功能在30至60歲之間開始退化(林麗娟，1993)。呼吸肌萎縮、肋軟骨鈣化、費的結締組織增加、肺的彈性降低等，都是造成肺臟功能降低的原因。隨著年齡的增加，人體在最大運動時的換氣量(圖五)與呼吸次數都會明顯的下降，由此可見，呼吸系統的功能會隨著年齡的增加而遞減。
圖五、最大運動時的換氣量與年齡的關係(Astrand與Rodahl，1986)。
循環系統方面。醫學上認為，人的老化是由血管開始，血管老化會逐漸硬固，直接影響血液的運輸(張國立，1986)。隨著年齡的增加，身體對氧氣的攝取能力確實會明顯的降低(圖六)，這是由於心肌萎縮、結締組織增生以及脂肪附著於器官，使得心肌收縮力量減弱，導致最大心跳率、每跳輸出量與動靜脈含氧差都顯著降低，造成氣體交換率的下降，甚至可能形成心血管疾病。
圖六、最大氧攝取量與年齡的關係(左圖以單位時間為單位，
右圖以單位時間與單位體重為單位；Astrand與Rodahl，1986)。
內分泌系統方面。男性荷爾蒙的分泌量隨年齡而線性下降；女性荷爾蒙亦隨年齡下降，在停經以後則更明顯。甲狀腺素方面，到老年時上看不出有所差異，故其機能不會隨年齡而減退。老年人的腎上腺素分泌會減少，但是皮質素的單位體重分泌量仍與年輕人差不多(吳文忠，1984)。腦下垂體的大小與機能，則不會受年齡的影響。總之，除了性荷爾蒙以外，內分泌系統之機能並不會因年齡的增長而減退。
Astrand與Rodahl(1986)提出有關身體生理現象與年齡變化(老化)的關係時指出，人體在20歲以後，隨著年齡的增加，身高不會改變、體重上升、心臟重量增加、心臟的容積增加、總血量先增加再下降、總血紅素先增加再下降、肺活量下降、肺呼吸能力下降；在非最大(submaximal)運動時(100Walts的腳踏車運動時)，心跳率增加、氧攝取量增加、收縮血壓與舒張血壓明顯上升；在最大(maximal)運動時，最大氧攝取量下降、最大心跳率降低、最大肺換氣量下降、最大呼吸次數降低、最大肺擴散能力下降、最大的血中乳酸值下降、最大肌力亦降低、最大心輸出量與最大每跳心輸出量也可能降低。
人體是一個活體，有生長與發展的現象，也有老化與功能減退的現象。隨著年齡的增加，身體生理現象有退化發生。如何面對身體功能減退的現象，進而發展出適當增進身體功能的方法，一直是現代醫學與科學研究的重點。事實上，簡單易行的身體適當活動，是避免老化的最簡單且有效的方法。
運動對身體的生理反應有正面積極的效果
人類身體的發展與退化現象，雖然是自然的生老病死循環，但是，在現今科技的發展下，已有愈來愈多的專家學者在探究「如何使人活得更久更好？」。在一些科學研究與報告中皆發現，身體活動是最直接最有效的方法。
人體在運動時，身體會產生呼吸加快、心跳增加、新陳代謝變得旺盛，這種現象即是人體本身對於活動與環境的適應。如果人體能夠規律的反覆進行運動，身體內生理機轉會慢慢地變化，使得身體活動效率提高，不僅促進了身體的發展，更能夠減少老化的速率，達到「體格獲得完美發展，提高適應能力」體育學生理意義。
體育活動能夠促進神經肌肉活動更具協調性、自主神經系統調節更經濟化且更迅速，促進神經在活動中抒解。相反的，也有研究指出，運動確實能夠提高身體的機能，但是，即使人具備了較高的工作水準，對於神經系統的退化並沒有幫助(林麗娟，1993)。
體育活動也可以促進骨骼的發展。訓練者的骨骼直徑、周圍、以及重量皆會增加，骨質、骨髓、關節軟骨和韌帶的機能都會提昇。同時，體育活動也能夠造成肌肉的適應性肥大、肌纖維變厚與增強、肌力增加、肌耐力提昇、肌肉內各種代謝物質含量增加、肌肉單位面積的微血管數目增加等。
體育活動能促進胸部擴張增加、安靜呼吸次數減少、換氣效率提高、最大換氣量增加、最大運動的呼吸次數增加、胸部的擴張能力增進等。還可以促進心臟適應性肥大、心臟效率增高、安靜心跳率下降、每跳心輸出量增加、安靜收縮血壓降低、心肺功能(最大攝氧量)提昇、動靜脈含氧差提高，相同負荷時的血中乳酸量下降。體育活動還能使安靜時血漿腎上腺素濃度提高、胰島素濃度下降、腎臟腺皮質素(ACTH)和可體松濃度增加，同時，腎臟腺皮質亦會因身體的活動而肥大。
除此之外，有關血中代謝物質、身體組成(體脂肪或體重會減少)、免疫功能與生活品質(壓力減輕、精神好、心情愉快、以及睡眠狀況更佳等)等，都會有正面的效果。由此可見，經常性的適當身體活動，是促進身體發展與降低老化的有效方法，在工商業生活環境下的現代人，更應隨時注意身體活動的需求，以獲得健康的身體發展。
人類身體的發展，在二十歲以前不斷的發育與成熟，在二十歲以後則逐漸的老化。透過身體的規律活動，將有助於神經系統、肌肉骨骼系統、呼吸系統、循環系統與內分泌系統等生理機能的增進，並且能夠提高生活的品質與免疫功能。研究運動生理學的國際知名學者Astrand指出，人體在各種不同環境下活動，足以提供身體不同機能進行調節和整合的特殊情境，使得人體的構造和機能會因短暫或長期的活動，出現立即(acute)與長期(chronic)的生理變化。事實上，這種運動對於身體發展的正面效果，即是體育運動所能提供的主要教育價值之一。
參考資料
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