呈現肌肉與神經系統解剖細節的跑者
運動與全身健康

情境 類型
與劑量

什麼形塑個人的運動反應?

運動不會讓每個人產生相同反應。生理狀態、行為、運動類型與劑量交互作用,決定身體如何感知與回應。

晝夜節律、睡眠、壓力、動機與情緒,以及環境,影響神經內分泌活化、自律張力、自覺用力程度與整體反應性。

行為與情境
調節因素

  • 晝夜節律狀態
  • 睡眠狀況
  • 壓力負荷
  • 動機/情緒
  • 環境
    情境

個人
生理狀態

  • 神經內分泌
    活化
  • 自律神經張力
  • 自覺
    用力程度
  • 運動
    反應性

運動類型

  • 有氧
    (耐力)
  • 阻力
    (肌力)
  • 高強度
    間歇訓練
  • 活動度/
    平衡

運動劑量

  • 強度
  • 時間
  • 頻率
  • 漸進程度
  • 恢復
跑者周圍呈現行為、生理與運動輸入,箭頭指向跑者。

行為與情境
調節因素

晝夜節律狀態

睡眠狀況

壓力負荷

動機/情緒

環境
情境

個人
生理狀態

神經內分泌
活化

自律神經張力

自覺
用力程度

運動
反應性

運動類型

有氧
(耐力)

阻力
(肌力)

高強度
間歇訓練

活動度/
平衡

運動劑量

  • 強度
  • 時間
  • 頻率
  • 漸進程度
  • 恢復
閱讀圖表文字

行為與情境調節因素

晝夜節律狀態

睡眠狀況

壓力負荷

動機/情緒

環境情境

個人生理狀態

神經內分泌活化

自律神經張力

自覺用力程度

運動反應性

運動類型

有氧(耐力)

阻力肌力

高強度間歇

活動度/平衡

運動劑量

  • 強度
  • 時間
  • 頻率
  • 漸進程度
  • 恢復
肌肉與肌腱、粒線體、血管及腦與腎上腺訊號,共同匯集至急性生理反應

運動期間的生理感知

身體如何偵測運動

運動期間,身體會同時偵測機械、代謝、血管與神經內分泌變化。

機械負荷反映肌肉收縮,以及肌腱與骨骼承受的應力。代謝壓力反映能量需求增加、
鈣離子訊號傳遞、乳酸生成與肝醣使用。

血流與氧氣可用性的變化,產生血流動力學及缺氧訊號;交感神經與荷爾蒙活化則
協調全身的準備狀態。

這些訊號共同啟動身體的急性生理反應。

機械負荷

  • 肌肉收縮
  • 肌腱與骨骼應力
  • 機械轉導
  • 整合素 / FAK / YAP–TAZ

代謝壓力

  • AMP/ATP 比值 ↑
  • AMPK 活化
  • Ca²⁺ 訊號傳遞
  • 乳酸 ↑
  • 肝醣消耗

血流與缺氧訊號

  • 血流與剪切力 ↑
  • 一氧化氮(NO)↑
  • 短暫缺氧
  • HIF-1α 活化

神經內分泌活化

  • 交感神經活化
  • 兒茶酚胺 ↑
  • 生長激素 ↑
  • 皮質醇(急性)↑
  • 胰島素/升糖素調節

急性生理反應

心臟、肺部、循環、體溫、荷爾蒙及代謝物反應,透過彩色箭頭匯集為四項急性結果

急性
生理
反應

從生理偵測到立即行動

機械負荷、代謝壓力、血流與神經內分泌訊號,在數分鐘至數小時內引發急性生理反應。

心率與心輸出增加、通氣與攝氧上升、活動組織與重要器官血流調整、體溫升高,以及荷爾蒙與代謝物釋放,改善灌流與氧氣營養供應,並為神經內分泌適應作準備。

分鐘至小時的急性反應

  • 心率與
    心輸出量 ↑
  • 通氣量與
    攝氧量 ↑
  • 活動組織與
    重要器官血流調整
  • 身體
    溫度 ↑
  • 荷爾蒙
    驟升
  • 代謝物
    釋放
六項生理反應匯集,增強氧氣輸送、能量動員、乳酸與 ROS 訊號傳遞,以及神經內分泌預備

主要急性結果

增強養分與
氧氣輸送

改善灌流與
基質可用性。

能量動員

葡萄糖與脂肪酸;
增加基質
可用性。

代謝副產物
訊號傳遞

乳酸與 ROS;
向細胞傳遞資訊的訊號。

神經內分泌預備

提升
適應準備程度。

六項急性生理反應,透過彩色箭頭匯集為四項立即結果。

分鐘至小時的急性反應

心率與
心輸出量 ↑

通氣量與
攝氧量 ↑

活動組織與
重要器官血流調整

身體
溫度 ↑

荷爾蒙
驟升

代謝物
釋放

主要急性結果

增強養分與
氧氣輸送

改善灌流與
基質可用性。

能量動員

葡萄糖與脂肪酸;
增加基質
可用性。

代謝副產物
訊號傳遞

乳酸與 ROS;
向細胞傳遞資訊的訊號。

神經內分泌預備

提升
適應準備程度。

乳酸

ROS

閱讀圖表文字

分鐘至小時的急性反應

心率與心輸出量 ↑

通氣量與攝氧量 ↑

活動組織與重要器官血流調整

體溫 ↑

荷爾蒙驟升

代謝物釋放

主要急性結果

增強養分與氧氣輸送

改善灌流與基質可用性。

能量動員

葡萄糖與脂肪酸;增加基質可用性。

代謝副產物訊號傳遞

乳酸與 ROS;向細胞傳遞資訊的訊號。

神經內分泌預備

提升適應準備程度。

乳酸

ROS

來自收縮中
肌肉的
周邊訊號

骨骼肌作為內分泌器官

收縮肌肉透過血液與神經溝通,將活動與能量狀態傳向大腦及其他器官。

這些訊號包括肌肉激素、運動因子、
代謝物及生長或血管因子。
它們透過循環與神經溝通,
促成協調一致的全身性
反應。

收縮中的骨骼肌向循環釋放紫色肌肉激素、紅色代謝物及藍綠色生長因子

收縮中的
骨骼肌作為
內分泌器官

肌肉激素與運動因子

  • IL-6
  • Irisin/FNDC5
  • IL-15
  • FGF21
  • Apelin
  • Myonectin

代謝物

  • 乳酸
  • ATP / ADP / AMP
  • 胺基酸
  • 酮體

生長與血管因子

  • IGF-1
  • VEGF
  • HGF
收縮中的肌肉向彎曲的血管釋放三組分子訊號。

肌肉激素與運動因子

  • IL-6
  • Irisin/FNDC5
  • IL-15
  • FGF21
  • Apelin
  • Myonectin

代謝物

  • 乳酸
  • ATP / ADP / AMP
  • 胺基酸
  • 酮體

生長與血管因子

  • IGF-1
  • VEGF
  • HGF

收縮中的
骨骼肌作為
內分泌器官

閱讀圖表文字

肌肉激素與運動因子

  • IL-6
  • Irisin/FNDC5
  • IL-15
  • FGF21
  • Apelin
  • Myonectin

代謝物

  • 乳酸
  • ATP / ADP / AMP
  • 胺基酸
  • 酮體

生長與血管因子

  • IGF-1
  • VEGF
  • HGF

骨骼肌作為內分泌器官

肌肉、關節與代謝感測器和大腦溝通,大腦協調自律神經、荷爾蒙及運動輸出;感官與情緒輸入也會影響這些路徑

神經路徑
與中樞整合

周邊運動訊號如何抵達大腦

來自肌肉、關節及代謝受器的感覺資訊,沿傳入路徑傳至中樞神經系統。

腦幹、下視丘、邊緣系統與大腦皮質整合這些訊號。傳出訊號接著協調自律神經系統、HPA 軸與運動系統,使大腦與周邊組織能雙向溝通。

感官情境、情緒價向、自律調節與壓力緩衝,也能經邊緣與下視丘、HPA/ANS 及神經化學路徑改變反應。

傳入訊號

  • 肌肉
    感測器
  • 關節
    感測器
  • 代謝
    感測器

中樞整合

腦幹;下視丘;邊緣系統;大腦皮質

大腦結構整合傳入訊號,並協調傳出反應

傳出訊號

  • ANS
  • HPA 軸
  • 運動
    系統

感官與情緒的神經調節輸入

感官與情緒情境影響神經訊號傳遞
  • 感官情境
  • 情緒價向
  • 自律神經調節
  • 壓力緩衝輸入
  • 邊緣系統與下視丘
    迴路
  • HPA 軸 / ANS
  • 神經化學
    訊號傳遞
傳入感測器連至中央的大腦,傳出訊號位於右側,感官與情緒面板則從下方連接。

傳入訊號

肌肉
感測器

關節
感測器

代謝
感測器

中樞整合

腦幹;下視丘;邊緣系統;大腦皮質

傳出訊號

ANS

HPA 軸

運動
系統

感官與情緒的神經調節輸入

  • 感官情境
  • 情緒價向
  • 自律神經調節
  • 壓力緩衝輸入

邊緣系統與下視丘
迴路

HPA 軸 / ANS

神經化學
訊號傳遞

閱讀圖表文字

傳入訊號

肌肉感測器

關節感測器

代謝感測器

中樞整合

腦幹;下視丘;邊緣系統;大腦皮質

傳出訊號

ANS

HPA 軸

運動系統

感官與情緒的神經調節輸入

  • 感官情境
  • 情緒價向
  • 自律神經調節
  • 壓力緩衝輸入

邊緣系統與下視丘迴路

HPA 軸 / ANS

神經化學訊號傳遞

大腦網絡透過五條圖示路徑,連結單胺、膽鹼、興奮與抑制、獎賞及神經營養訊號

神經化學與
神經調節
反應

運動如何調節大腦訊號傳遞

運動影響多種神經化學系統,這些系統參與動機、情緒調節、認知、疼痛感知及神經適應。

單胺、膽鹼、興奮與抑制,以及內源性獎賞路徑,會與神經營養因子一同反應。這些系統並非各自獨立運作;其協調調節塑造大腦對身體活動的反應。

環繞大腦的五條訊號路徑

單胺

  • 多巴胺(DA)
  • 血清素(5-HT)
  • 正腎上腺素(NE)

興奮與抑制
平衡

  • 改善
    麩胺酸與 GABA
    平衡

膽鹼性
訊號傳遞

  • 乙醯膽鹼(ACh)

內源獎賞
與止痛

  • 內源性大麻素
    (AEA、2-AG)
  • β-內啡肽

神經營養因子

  • BDNF
  • IGF-1
  • VEGF
五條彩色神經路徑環繞中央大腦,搭配圓形突觸與神經營養示意圖。

單胺

  • 多巴胺(DA)
  • 血清素(5-HT)
  • 正腎上腺素(NE)

興奮與抑制
平衡

  • 改善
    麩胺酸與 GABA
    平衡

膽鹼性
訊號傳遞

  • 乙醯膽鹼(ACh)

內源獎賞
與止痛

  • 內源性大麻素
    (AEA、2-AG)
  • β-內啡肽

神經營養因子

  • BDNF
  • IGF-1
  • VEGF
閱讀圖表文字

單胺

  • 多巴胺(DA)
  • 血清素(5-HT)
  • 正腎上腺素(NE)

興奮與抑制

  • 改善麩胺酸與 GABA 平衡

膽鹼訊號

  • 乙醯膽鹼(ACh)

內源獎賞與止痛

  • 內源性大麻素(AEA、2-AG)
  • β-內啡肽

神經營養因子

  • BDNF
  • IGF-1
  • VEGF
收縮中的骨骼肌與大腦、心臟、骨骼、腸道、胰臟、脂肪組織及肝臟雙向溝通

跨器官
溝通

運動連結肌肉
與全身器官

運動期間產生的訊號,使骨骼肌、大腦與周邊器官之間形成多向溝通。

跨器官溝通協調神經、
代謝、血管、骨骼
與免疫反應,
透過多重生理軸
將肌肉活動
轉為整合的
全身反應。

由雙向訊號路徑連結的肌肉與七個器官

收縮中的
骨骼肌

肌肉與大腦

  • 神經可塑性
  • 情緒
  • 認知
  • 壓力調適與復原能力

肌肉與心臟及
血管軸

  • NO 生成
  • 血管生成
  • 血壓
    調節

肌肉與骨骼

  • 成骨細胞活動
  • 骨重塑

肌肉與肝臟

  • 葡萄糖攝取
  • 肝醣調節
  • 胰島素敏感性

肌肉與脂肪

  • 脂解作用
  • 減少內臟脂肪
  • 脂肪激素調節

肌肉與胰臟

  • 胰島素分泌
  • 血糖恆定

肌肉與免疫及腸道

  • 免疫調節
  • 細胞激素平衡
  • 腸道微生物群調節
中央的骨骼肌透過雙向箭頭,與周圍七個器官溝通。

肌肉與大腦

  • 神經可塑性
  • 情緒
  • 認知
  • 壓力調適與復原能力

肌肉與心臟及
血管軸

  • NO 生成
  • 血管生成
  • 血壓
    調節

肌肉與骨骼

  • 成骨細胞活動
  • 骨重塑

肌肉與肝臟

  • 葡萄糖攝取
  • 肝醣調節
  • 胰島素敏感性

肌肉與脂肪

  • 脂解作用
  • 減少內臟脂肪
  • 脂肪激素調節

肌肉與免疫及腸道

  • 免疫調節
  • 細胞激素平衡
  • 腸道微生物群調節

肌肉與胰臟

  • 胰島素分泌
  • 血糖恆定

收縮中的
骨骼肌

閱讀圖表文字

肌肉與大腦

  • 神經可塑性
  • 情緒
  • 認知
  • 壓力調適與復原能力

肌肉與心血管

  • NO 生成
  • 血管生成
  • 血壓調節

肌肉與骨骼

  • 成骨細胞活動
  • 骨重塑

肌肉與肝臟

  • 葡萄糖攝取
  • 肝醣調節
  • 胰島素敏感性

肌肉與脂肪

  • 脂解作用
  • 減少內臟脂肪
  • 脂肪激素調節

肌肉與免疫及腸道

  • 免疫調節
  • 細胞激素平衡
  • 腸道微生物群調節

肌肉與胰臟

  • 胰島素分泌
  • 血糖恆定

收縮中的骨骼肌

肌肉、大腦與全身器官訊號匯集至細胞膜,活化六條細胞內路徑

下游
細胞內
訊號

運動訊號如何產生細胞適應

周邊訊號、神經化學反應與跨器官溝通,匯聚至細胞內調節,影響能量代謝、粒線體、蛋白質合成、抗氧化防禦、自噬及發炎適應。

反覆運動使短期反應逐步形成較持續的細胞與全身適應。

訊號穿越細胞膜,活化 AMPK、PGC-1α、Akt / mTOR、Nrf2、長壽蛋白與 NF-κB 路徑

周邊訊號

(來自收縮中的肌肉及其他組織)

  • 肌肉激素/
    運動因子
  • 代謝物
  • 生長/
    血管因子

神經化學與
神經調節反應

(中樞神經系統)

跨器官溝通

細胞外空間

細胞膜

細胞質

AMPK
能量
代謝
PGC-1α
粒線體
生成
Akt / mTOR
蛋白質
合成
Nrf2
抗氧化
防禦
長壽蛋白
(SIRT1)
自噬/
粒線體自噬
NF-κB
(慢性)
細胞修復與
抗發炎
適應
肌肉、大腦與器官訊號穿越細胞膜,進入六條圖示的細胞內路徑及其結果。

周邊訊號

(來自收縮中的肌肉及其他組織)

肌肉激素/
運動因子

代謝物

生長/
血管因子

神經化學與
神經調節反應

(中樞神經系統)

跨器官溝通

細胞外空間

細胞膜

細胞質

AMPK

PGC-1α

Akt / mTOR

Nrf2

長壽蛋白
(SIRT1)

NF-κB
(慢性)

能量
代謝

粒線體
生成

蛋白質
合成

抗氧化
防禦

自噬/
粒線體自噬

細胞修復與
抗發炎
適應

ATP

閱讀圖表文字

周邊訊號

(來自收縮中的肌肉及其他組織)

肌肉激素/運動因子

代謝物

生長/血管因子

神經化學與神經調節反應

(中樞神經系統)

跨器官溝通

細胞外空間

細胞膜

細胞質

AMPK

能量代謝

PGC-1α

粒線體生成

Akt / mTOR

蛋白質合成

Nrf2

抗氧化防禦

長壽蛋白(SIRT1)

自噬/粒線體自噬

NF-κB(慢性)

細胞修復與抗發炎適應

ATP