生物輸送原理　申論題歷屆試題與參考架構

設置一薄膜處於純水與蛋白質混合溶液之介面，整體系統為 37℃，如下圖所示。薄膜的孔隙尺寸相等於一分子量（Molecular weight, MW）100,000 Da 的球形分子大小。蛋白質混合液中包含 A 分子（[A] = 50 g/L, MWA = 80,000 Da）、B 分子（[B] = 60 g/L, MWB = 150,000 Da）及 C 分子（[C] = 80 g/L, MWC = 450,000 Da）。假設該蛋白質溶液為理想溶液，請問：（每小題 10 分，共 20 分）

（一）蛋白質溶液所產生的滲透壓（Osmotic pressure）為多少 mmHg？

（二）若在一段時間後該薄膜的孔洞完全堵塞，請問此時的蛋白質溶液之滲透壓變為多少 mmHg？

（20 分）

一長度為 5 m 的鋼管 A 之內徑（ID）為 0.02 m，外徑（OD）為 0.04 m，熱傳導度（Thermal conductivity）為 25 W/m•K。為了避免管內的熱量流失，在鋼管 A 的外層包覆了一層厚度為 0.01 m 的隔熱材料 B，其熱傳導度為 0.1 W/m•K。若鋼管 A 的內壁溫度為 500 K，材料 B 的外壁溫度為 150 K，如下圖所示，請計算：（每小題 10 分，共 20 分）

（一）此系統的熱損失速率為何？

（二）材料 A 與 B 之介面溫度為何？

（20 分）

關於在微血管壁上的血液／體液進出情形：

（一）請敘述所有作用在微血管壁上造成體液進出血管的應力，（4 分）並在下方微血管截面圖上標示出該應力方向。（4 分）

（二）利用將微血管壁的多孔結構視為一系列直徑為 7 nm 的平行圓柱。給定體內微血管的總表面積為 600 m2，壁上孔洞表面積為其 1/1000，微血管壁的厚度為 0.5 m，孔洞曲折度（Tortuosity）為 2，微血管壁的平均總過濾壓力（Mean net filtration pressure）或其有效壓力降為0.5 mmHg。在假設血液為牛頓流體，黏度為 1.2 cP 的情形下，請計算：微血管的水力傳導度（Hydraulic conductance） 。請以 m2 sec/kg 為單位作答。（6 分）淨過濾流速（Net filtration rate）。請以 mL/min 為單位作答。（6 分）

（20 分）

小明在手臂肌肉上注射了藥物 A，之後藥物從注射點向周圍組織擴散。假設擴散行為僅在一維方向（X 方向）發生，且其擴散係數為 DA，另藥物在擴散當中亦同時會與組織成分發生反應，其反應為一階函數，反應速率常數為 k。

（一）假設整體輸送系統為一不可壓縮之流體（incompressible fluid），請推導該藥物濃度（CA）對於位置（x）與時間（t）關係的質量守恆方程式。推導過程中請詳細說明「項次處置方式」與「題目中之假設情形」之關係。（7 分）[提示公式]： DA 2C A   Am  DC A / Dt （ Am 為反應速率項）

（二）假設藥物 A 於注射點處（X = 0）之濃度（C0）維持恆定（即注射點處之藥物量>>擴散出去之藥物量），請列出可能之邊界條件（Boundary conditions）。（6 分）

（三）根據（一）與（二）之結果，請推導在穩態（Steady state）的情形下，藥物濃度的表示為何？（7 分）

（20 分）

血液以 5000 mL/min 的流速（Qblood）通過一 37℃薄膜充氧器，進入時血液中的氧氣分壓（pO2 ）為 20 mmHg，離開時血液中的氧氣分壓為110 mmHg，給定在 37℃時血液的亨利常數（Henry’s constant；HOxygen）為 0.74 mmHg/M，血紅蛋白飽和氧濃度（C’SAT）為 8800 M。請計算在該系統中的氧氣輸送流率（Qoxygen）？請以mol/sec 為單位作答。 （20 分）[提示]：氧氣於血液中的量包含直接溶於血漿中的量及與血紅素（hemoglobin）結合的量。pO2 血紅蛋白飽和比例（mmHg） （Fractional Hemoglobin saturation）Y(pO2) 10 0.098 20 0.351 30 0.580 40 0.732 50 0.821 60 0.890 70 0.901 80 0.942 90 0.952 100 0.970 110 0.982 120 0.991

（20 分）

（一）請標示下圖剪切速率（shear rate）與剪切應力（shear stress）的關係圖中，曲線(a)～(e)各代表何種流體（Newtonian, Dilatant, Pseudoplastic, Bingham plastic, Casson）？（15分）

（二）請說明人體血流以何種流體形式描述較為適當？理由為何？（5分）Shear stress Shear rate

（20 分）

就上皮細胞（epithelia cell）而言，溶質（solute）可能藉由擴散直接通過細胞膜，但通透性（permeability）依分子大小及結構而有所不同。例如小分子氣體分子有較高通透性；對不帶電荷的極性分子通透性隨分子量增加而減少。但帶電荷的分子則幾乎無通透性，主要因為帶電荷分子在細胞膜與 溶液間的分配 係數（ partition coefficient, φ）極 低，而通透係 數（permeability coefficient, P）又正比於分配係數P= Dφ/L（Eq. 1）。其中D為擴散係數（Diffusion coefficient） ；L為膜厚度（thickness of membrane） 。假設此一擴散現象為穩態（steady state） 、一維方向（one direction） ，試推導出上列公式（Eq. 1） 。P於此定義為膜內外每單位濃度差的擴散通量（flux of diffusion per unit concentration difference across the membrane）。（15分）（提示：穩態、一維擴散方程式）

（15 分）

當以全身性方式給藥（systemic delivery of drug）治療特定組織內基因（target gene in tissues）時，請寫出藥物傳遞過程中可能會遇到的三種瓶頸障礙（barriers）。（15分）

（15 分）

剛跑完馬拉松的選手如果體溫為39℃，走入一家室溫為28℃咖啡店，若此時空氣流速（air flow）為1 m s-1，熱交換係數（heat-transfer coefficient）為16 W m-2 K-1。則在此選手身上因對流（forced convention）產生的熱流量（heat flux）為何？（12分）

（12 分）

利用Shell balance概念，即[累積量（Accumulation）=進量（in）–出量（out）+產生量（Generation）]理論推導的模擬公式，在設計儀器時常用以評估操作條件與效能間的關係。請分別寫出如下圖薄膜型血氧機（ blood gas oxygenator） 在 流 速 不 變 的 狀 況 下 ， 血 液 及 氧 氣 的 shell balance公式。（20分）[提示：需考慮氧氣與血紅素（hemoglobin）的結合量] Qgout , Cgout X X+∆X Qgin , Cgin gas blood Qbin , Cbin Qbout , Cbout

（20 分）

根據下表的數據，若A與B為反應物、C為產物，則反應速率式對A與B濃度而言各為幾次方？又反應速率常數為何（需含單位）？（18分）A+B C Initial concentration of A (M) Initial concentration of B (M) Initial rate (M s-1) 1.0 1.0 5  10-7 2.0 1.0 2.0  10-6 1.0 3.0 4.5  10-6（提示：反應速率方程式）

（18 分）

當胰島素分泌細胞受到傷害時，由於細胞無法生長也無法自人體中進行置換，因此將長期接受胰島素注射治療。一直以來想嘗試以微膠囊形式包覆受贈的胰島素分泌細胞再植入體內，以輔助功能不全的胰臟，但挑戰之一為培養來自捐贈者器官的細胞。由於組織必須高度含氧，可行的方 法 之 一 為 將 組 織 切 割 為 圓 柱 形 （ cylinder ） 並 放 入 含 全 氟 碳 化 物（Perfluorocarbons，PFC 具高溶氧度）的培養液中培養，此方式可得較高的氧氣濃度，其中細胞可利用的氧氣濃度為溶在培養液中與 PFC 中的總和。若有一半徑為 R，長度為 L 的圓柱型組織（L>>R），氧氣消耗率為 Q，組織表面的氧氣濃度為 C0。假設在穩態下（steady state）耗氧為零 級 反 應 （ zero-order reaction ）， 則 徑 向 的 氧 氣 濃 度 分 布 （ radial concentration profile）如何表示？（10 分）同時最大可能的組織圓柱半徑（maximum radius）為何？（5 分）

（15 分）

接受血液透析的病患通常一週內必須幾次與體外透析器連接 3~4 小時進行液體交換，而腹膜透析則是一種常用的替代方案。主要為將體積為Vp 且濃度與腹液相當的葡萄糖溶液注射至腹腔，約 5 小時後再以同體積（Vp）新鮮液體抽換體積，如下圖所示。假設 Cb 為常數，剛開始時（t=0）Cp=0 的狀況下，請寫出對固定體積 Vp，膜兩側均為混合液體，且薄膜質傳係數為 k0，質傳交換面積為 Am 狀況下的 mass balance 表示式。（20 分）Patient-remaining body volume Peritoneal cavity Vb, distribution volume Vp Cb, solute concentration Cp Peritoneal membrane

（20 分）

在一僅含細胞，胞外間質纖維及組織液的不含血管組織中（如下圖所示），假設細胞及胞外間質纖維的直徑分別為 Dc 及 Df，單位體積內纖維長度及細胞數分別為 L 及 n。假設纖維（圓柱型）與細胞（球型）皆為均勻分布於組織內，同時纖維為互相平行。請問此組織的孔隙度（porosity）為何（即細胞與纖維所占的總體積分率）？（15 分）

（15 分）

一般生物體內的反應無法得知反應速率常數，因此常以無因次反應摩數（dimensionless reaction modules，ϕ）評估。例如細胞內粒腺體中富含許多酵素用以代謝氧氣以提供細胞所需，依據下列數據請問肌肉細胞及肝細胞在粒腺體內藉由酵素消耗氧氣反應是否為擴散限制（diffusion-limited）反應？（10 分）" φ= Rc 細胞半徑（cell radius） 10 μm Rm 粒腺體半徑（mitochondrion radius） 0.45 μm Deff 氧氣擴散係數（diffusion coefficient of O2） 2×10-5 cm2 s-1 Muscle Cells under exercise細胞外氧氣濃度（extracellular concentration 1.1×10-8 mol cm-3 C0 of O2）”細胞吸收氧氣速率（observed rate of O2 2×10-6 mol cm-3 s-1 R uptake by cells）Liver cells細胞外氧氣濃度（extracellular concentration 10×10-8 mol cm-3 C0 of O2）細胞吸收氧氣速率（observed rate of O2 7×10-8 mol cm-3 s-1 R” uptake by cells）

（10 分）

請敘述下列問題：

（一）當溶質（solute）半徑與薄膜孔洞半徑相去不大時，那兩種因素會特別影響使得溶擴散速率降低。 （10 分）

（二）以「擴散（diffusion）」或「通透（permeability）」探討溶質在微血管壁傳輸時，立論的最主要不同處為何？（10 分）

（三）請寫出（或畫出）3 種體內外連通醫材（extracorporeal device）如血液透析器中，血液與流體接觸可產生物質交換的形式（fluid contacting patterns）。（9 分）

（四） Thiele modulus？（請解釋其意涵） （4 分）

（五）對血液而言，如何定義降伏強度（yield stress）？（3 分）又有那些因子（factors）會影響血液降伏強度？（4 分）

（40 分）

假設一個半徑為 r 不含微血管的球形腫瘤組織，表面覆蓋微血管以供應濃度為 C O 2 的氧氣，並以速率 R O 2 被腫瘤組織吸收利用。當氧氣濃度為零時，腫瘤組織會壞死。試計算當氧氣消耗速率為 120 nmol cm-3 s-1，此腫瘤組織在壞死之前的大（necrosis）小（r）。 （15 分）其中氧氣擴散係數 D = 1.0×10-5 cm2 s-1; C O 2 = 2×10-2 M

（15 分）

請在下圖 a-d 曲線中分別標示出 Newtonian fluid；Bingham Plastic；Power Law fluid(n>1)及 Power Law fluid(n<1)。並敘述各流體基本特性。（20 分）另外，滑囊液（synovial fluid）及血液（blood）又分別較適合以何種流體形式描述。（6 分）0.050 0.045 a b c Shear Stress(dyn cm-2) 0.040 0.035 0.030 0.025 d 0.020 0.015 0.010 0.005 d 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Shear Rate(s-1)

（26 分）

生理系統中蛋白質平均大小約 10-8 m，但人的身高約 100 m，相差 108 倍。因此非單一傳輸現象可以涵蓋所有生理系統發生的狀況。擴散（diffusion）可用以描述短距離的傳輸現象，但當距離較長時，則以對流（convection）描述較為恰當。試問：

（一）以那個物理量可以評估「擴散與對流」的差異（the significance of diffusion versus convection）？（7 分）

（二）如果葡萄糖和 IgG 的擴散係數分別為 2×10-6 及 2×10-8 cm2 s-1，對流速度為 0.2 μm s-1，則下列條件下的輸送現象主要為擴散或對流？（12 分）葡萄糖傳送超過 150 μm 距離葡萄糖傳送超過 0.15 μm 距離 IgG 傳送超過 150 μm 距離 IgG 傳送超過 0.15 μm 距離全一張（背面）

（19 分）

培養微生物製造重組蛋白時會釋放熱量，因此放大製程時常需額外的冷卻系統。現在將 Escbericbia coli 以 10 g L-1 的密度培養於 aqueous broth，且每克的細菌會產生 5 kJ的熱量；同時反應器為隔熱裝置，亦即所產生的熱都被水吸收。假設 broth specific heat capacity 為 4 kJ kg-1 K-1，密度為 1000 kg m-3；開始培養前溫度為 25°C 則在穩態（steady-state）下培養後，反應器的溫度將是多少？（15 分）

（15 分）

Murray 於 1926 年曾對血管提出一 cost function，如下所示：8μL cost function = 4 Q 2 + Kπa 2 L πa對一管長 L，流量 Q 的血管而言，存在ㄧ最適當管徑 R。請推導出：

（一）最適當管徑 R 與流量 Q 的關係式。（10 分）

（二）在此狀態下的 cost function 為何？（5 分）

（15 分）

NO 的濃度可調整血管的擴張程度，也會影響血紅蛋白（hemoglobin）功能及肌肉細胞的生長；因此已有許多方式估算 NO 在不同組織內的濃度。NO 也同時會與氧氣產生下列反應：dC NO 4NO + O2 + 2H2O → 4H+ + 4NO−2 ; 速率表示式為 − = 4kC 2NOCO 2 dt反應速率常數 k 在 25°C 時為 2×106 M-2 S-1利用上述公式計算在 NO 初始濃度為 0.1 μM，氧氣濃度為 100 μM 狀況下，NO 消耗半衰期。（10 分）

（10 分）

血液為非牛頓流體，其流變行為可以 Casson equation 描述：τ 1 / 2 = τ y1 / 2 + s (γ )1 / 2 ，•其中τ , τ y , γ 分別為流體所受之 shear stress, yield stress 及 shear rate。

（一）請說明造成血液之τ y > 0 之原因，和血容比之高低如何影響其τ y 值。（10 分）

（二）何種情況下，血液之流動性質可被視同為牛頓流體？血液在生理環境下，其流動行為可否以牛頓流體加以描述？理由為何？（10 分）

（三）何種血漿蛋白對τ y 值之影響最顯著？請說明其原因。（5 分）

（25 分）

血液在動脈系統之流動呈現脈衝流（pulsatile flow）特性。假設動脈血管之直徑為 D，血液之密度、黏度及平均流速分別為 ρ 、 μ 及 U，脈衝頻率為 f。試問：

（一）此脈衝流之 Wombersley number（Nw）定義及物理意義為何？（8 分）

（二）脈衝波在血管之傳遞速率受到那些血流及血管壁性質之影響？如何影響？（8 分）

（三）如何以非侵入方式，藉由偵測脈衝波傳遞行為，量測血液之流速？（9 分）

（25 分）

假設 kf, v, ρ , β , μ , Cp,f 分別代表體外流體介質之熱傳導係數、流速、密度、熱膨脹係數、黏度及比熱。kb, ρb , Cp,b 分別代表體表生物組織之熱傳導係數、密度及比熱。σ 為 Stefan Boltzmann 常數。e 為體表輻射熱放射係數（emissivity）。Tb 及 Tf 分別為體表及環境之溫度。

（一）假設 Ar 為體表輻射熱之有效面積，請說明如何估算體表輻射熱之逸散速率？試比較白種人與黑人在極地環境下，何者之輻射熱通量較高？在近 50℃之環境中，何者之輻射熱通量較高？（15 分）

（二）請說明體表之強制熱對流係數及自然熱對流係數分別受到本題中所提示之那些參數影響？（10 分）

（25 分）

某藥物分子之等效半徑為 a，將之以靜脈注射方式送入循環系統中。假設在某局部組織中，微血管的半徑為 R，管壁厚為 h，血管外週邊組織之平均半徑為 Rt。血液密度、黏度分別為 ρ 及 μ ，已知 Boltzmann 常數為 k。

（一）假設 R 遠大於藥物分子之自由路徑長度，請根據已知資訊，評估該藥物分子在血液中擴散係數值 DAB 之大小。（10 分）

（二）假設該藥物分子在血管壁及週邊組織中之擴散係數值分別為 DAB,vessel 及 DAB,tissue。請估計該藥物分子離開血管後，藉由擴散方式均勻到達週邊組織所需之時間長短為何？（10 分）

（三）假設藥物分子在血管壁與組織液（或血漿）中之分佈係數為 S，S=Cliquid/Cvessel，代表藥物分子在平衡狀態下，其在組織液（或血漿）中之濃度與在血管壁中之濃度比值。若藥物分子跨血管壁之傳輸為擴散控制，請問跨過血管壁之質傳通透係數值（P）為何？（註：J = PΔC，其中 J 為質傳通量，ΔC 為膜兩側之液體濃度差。）（5 分）

（25 分）

請敘述血壓計量測原理。（20 分）

（20 分）

當藥物由直徑為 D 的注射筒推擠至直徑為 d 的針頭，並以固定流量 Q 進入血管時（如圖所示），請問此時推擠注射器的力（F）為何？假設液體黏度為μ，密度為ρ，液體在管道間皆為層流（laminar flow），血壓為 P。利用 Bernoulli equation 並寫出所有其他假設條件。（25 分）Ｆ ＱＰ

（25 分）

根據下表，分別計算出鈉離子、鉀離子、葡萄糖與尿素在尿液與血中濃度的比值。並說明那種物質在腎臟的超過濾現象是受到限制？（20 分）Molecule Filtration rate Excretion rate H2O 180 L/day 1.44 L/day Na+ 15200 mmole/day 150 mmole/day K+ 720 mmole/day 100 mmole/day Ca++ 270 mmole/day 5 mmole/day HCO3－ 4320 mmole/day 2 mmole/day C6H12O6 800 mmole/day 0.5 mmole/day CO(NH2)2 900 mmole/day 467 mmole/day

（20 分）

為了此次準備考試，焚膏繼晷，日以繼夜讀書，更由於過度緊張導致常常失眠，精神不濟。昨晚不小心又多喝了幾杯咖啡，徹夜難眠，ㄧ大清早電話又響不停。總總因素導致你今天一早異常頭疼，但為了參加考試必須解決此一問題。從藥櫃中找到ㄧ瓶治療頭疼的藥，瓶身上標示 30 分鐘內即可解除症狀，試問：（每小題 10 分，共 20 分）

（一）必須服用多少藥量（in milligrams）才能解除頭疼狀況？

（二）多久之後適合再次使用此藥物？註：下列為此藥物使用的相關資料：藥物排除速率常數（Elimination rate constant ）= 0.277/hr藥物分布體積（Apparent distribution volume）= 35 liters藥物吸收率（Fraction absorbed）= 80%藥物濃度（Therapeutic range）= 10～20 μg/ml

（20 分）

解釋下列名詞意義：（每小題 5 分，共 15 分）

（一） Fahraeus - Lindquist effect

（二） Casson fluid

（三） Bohr effect

（15 分）

請說明：神經膠細胞之種類及功能。（8 分）A、B 兩 溶 液 分 別 代 表 細 胞 內 液 及 組 織 間 液 之 離 子 濃 度 。 已 知 溶 液 A：（Na+=140mM；K+=4mM），溶液 B：（Na+=14mM；K+=140mM）。試判斷 A、B 溶液何者為細胞內液？（4 分）請說明 37oC 下，根據 Nernst eq.上述細胞膜內外之鉀離子濃度差，將造成多大之膜電位。（8 分）（R=1.987 cal/mole-K；F=2.3×104cal/V-mole）

（20 分）

已知微血管內之血漿及血管外之組織間液之等效溶液濃度分別為 302.8 及 301.8 mOsmles/liter，試問：37oC 下，微血管內外之滲透壓差為若干 mmHg？請說明如何估算。（8 分）維持微血管內外之滲透壓差的機制為何？（4 分）請說明跨微血管壁的四種主要分子傳遞路徑。親水性小分子及親脂性小分子之主要傳遞路徑分別為何？（8 分）

（20 分）

關於血液循環：假設已知描述血液流變行為之 Casson eq.中之 yield stress（τy）值。試說明欲將血液推動流經長度 L、半徑 R 之針頭，需施加多大之壓降。（8 分）試說明循環系統中不同管徑血管，包括動脈系統、微循環系統及靜脈系統之血容比大小分布情形，並說明造成此分布現象之原因。（8 分）一牛頓流體以 V 之穩定流速（distance/time）流經長度 L、半徑 R 之圓管。假設流體之黏度為 μ、密度為 ρ。試說明如何預測此流動為層流或紊流？（8 分）

（24 分）

已知人體在空氣中之體表強制對流及自然對流熱傳係數（kc）可分別由下列兩式估算：(a) Nu=0.6 Re1/2 Pr1/3，或(b) Kc= 2.3 [kc in unit of kcal/m2-hr-oC]其中 Nu=kcD/k，Re=Dvρ/μ，Pr=C p μ/k，且 k，v，ρ，μ，Cp 分別代表空氣之熱傳導係數，流速，密度，黏度，比熱。D 代表與身高等同長度之相同表面積之圓柱直徑。已知空氣之 k=2.2×10 -2 kcal/m-hr-o C，ρ/μ=1.6×10 -5 m2 /s，Pr=0.72。假設體表及空氣溫度分別為 34 oC 及 24oC，空氣平均流速 4m/s。請說明 Re 及 Pr 兩無因次參數之物理意羲。（6 分）某人身高 180 公分，等表面積圓柱直徑 D=30 公分。試估計該人體表面之強制對流及自然對流之熱傳通量大小。（10 分）全一張(背面)

（16 分）

將藥物以微膠囊形式包覆，假設微膠囊半徑 0.5cm，包覆膜厚 L=0.01cm。藥物分子在包覆膜之擴散係數為 1×10-8cm2/s。單顆膠囊內藥物包覆總量為 0.02mole。假設藥物在薄膜之濃度分布達暫態平衡，且藥物在微膠囊內部濃度維持在其飽和溶解度 Cs=0.05M；微膠囊外部濃度為零。試列出藥物釋放速率式並計算其值。假設藥物以此速率釋放，忽略初始及藥物耗盡前之非暫態平衡影響，試問包覆藥物多久耗盡？（10 分）以口服方式服用上述膠囊至腸胃道，假設前述藥物由膠囊緩慢釋出至腸胃道中，再被吸收至體內。分別以 G(t)及 B(t)代表腸胃道中及體內之藥量隨時間變化之函數。假設藥物由腸胃道中被吸收之速率及在體內被代謝之速率分別與腸胃道中之藥量G(t)及體內之藥量 B(t)成正比。藥物被吸收及代謝之速率常數分別為 ka 及 km。試分別描述腸胃道中之藥量 G(t)及體內之藥量 B(t)的質量守恆關係式。（10 分）

（20 分）

（一）傳導（conduction）、對流（convection）、輻射（radiation）與蒸發（evaporation）四種方式，皆可達到熱傳目的。請分別說明其熱傳原理與熱傳速率式，包括其推動力（driving force）。（12 分）（二）分別對此四種方式舉出人體組織部位散熱至體外的實例，並說明之。（8 分）

（20 分）

（一）自由擴散（free diffusion）、促進擴散（facilitated diffusion）與主動輸送（active transport）三種質傳方式，皆發生在溶質穿過人體細胞膜的質傳。請分別敘述其質傳原理與種類，並分別舉出實例說明之。（15 分）（二）比較三種質傳方式的異同。（5 分）

（20 分）

（一）請寫出流體在圓管內流動的 Hagen-Poiseuille equation，並說明其適用情況。（8 分）

（二）簡單的靜脈輸注袋（intravenous bag）內含 0.9%生理食鹽水 500mL（粘度為 1 cp），流經管路為 18 號導管（長度為 2 m，內直徑為 0.953 mm），依靠重力持續輸注入病人靜脈（靜脈壓為 0 mmHg）。靜脈輸注袋在架上的高度比病人靜脈入口高 1 m；管路的流量控制器完全打開。請估算出生理食鹽水的流量（mL/min）為多少？袋內生理食鹽水完全流完的時間為多久？（12 分）

（20 分）

某成年人呼吸頻率為每分鐘 12 次，每次吸入空氣的體積為 500 mL（20℃，1atm），呼出的氣體為 37℃及 1atm。吸入及呼出氣體的組成及其分壓如下表：N2 O2 CO2 H2O 合計吸入（mmHg） 585 160 0 15 760呼出（mmHg） 570 115 30 45 760此人每分鐘吸入 O2 多少 gm？每分鐘呼出 CO2 多少 gm？此人因呼吸而體重減輕的減輕速率（gm/min）為多少？（20 分）[註：原子量,C=12,H=1,O=16,N=14; 理想氣體常數 R=0.082 L-atm/mol-°K ]

（20 分）

某 人 在 病 床 上 ， 全 天 禁 食 ， 僅 依 靠 靜 脈 輸 注 （ intravenous infusion） 葡 萄 糖（C6H12O6，分子量為 180）溶液維持能量供應，一整天共輸注葡萄糖 400 gm。葡萄糖在體內完全氧化為 CO 2 與 H 2 O。

（一）請計算出每 gm 葡萄糖氧化需要 O 2 多少體積(37℃，1atm)？葡萄糖的呼吸熵（respiratory quotient）為多少？（10 分）

（二）生理學家 Dr. Weir 推導出人體新陳代謝時每消耗 1 liter O 2 (37℃，1atm)所產生的熱能(E)，與 O 2 消耗量及 CO 2 產生量皆有關，其關係式為：E (Kcal / liter of O2 ) = 3.941+1.106 (VCO2/VO2 )其中 VO2 與 VCO2 分別為 O2 消耗量及 CO2 產生量。請估算出此人一整天新陳代謝產生的熱能為多少 Kcal？（10 分）

（20 分）