109 年 國立臺灣大學物理治療系碩士班《肌動及生物力學》

本題主要考查肌動學中開放鏈與閉鎖鏈運動學的概念，以及向心與離心收縮的定義，並要求將這些概念應用於實際運動情境。

核心觀念：

• 開放鏈 (Open Kinetic Chain, OKC)： 肢體遠端（如手或腳）自由移動，近端固定。
• 閉鎖鏈 (Closed Kinetic Chain, CKC)： 肢體近端固定，遠端與固定物體接觸並產生反作用力。
• 向心收縮 (Concentric Contraction)： 肌纖維縮短，產生克服阻力的運動。
• 離心收縮 (Eccentric Contraction)： 肌纖維伸長，在抵抗阻力的情況下受控地伸長。

解題步驟：

1. 定義開放鏈與閉鎖鏈動作：

   • 開放鏈動作 (OKC)： 指的是肢體的遠端（如手或腳）是自由的，可以在空間中移動，而肢體的近端（如軀幹或肩膀、髖部）相對固定。例如，在椅子上進行二頭肌彎舉，手腕是自由移動的，而上臂是相對固定的。
   • 閉鎖鏈動作 (CKC)： 指的是肢體的遠端（如手或腳）是固定在一個表面上，例如地面或牆壁，而肢體的近端（如軀幹）在進行運動。此時，遠端固定物體會對肢體產生反作用力，進而產生運動。例如，深蹲運動，腳固定在地面上，身體進行上下移動。

2. 定義向心與離心收縮模式：

   • 向心收縮 (Concentric Contraction)： 肌收縮時，肌纖維長度縮短，關節運動方向與肌肉收縮產生的力矩方向一致，此時肌肉產生力量克服阻力。例如，二頭肌彎舉時，肱二頭肌收縮使前臂向上彎曲。
   • 離心收縮 (Eccentric Contraction)： 肌收縮時，肌纖維長度在抵抗阻力的情況下被拉長。關節運動方向與肌肉收縮產生的力矩方向相反，此時肌肉扮演煞車的角色，控制運動的速度。例如，放下啞鈴時，肱二頭肌雖然仍在收縮，但其長度卻被拉長，以控制啞鈴下降的速度。

3. 選擇2018雅加達亞運比賽項目並舉例說明盂肱關節(glenohumeral joint)的動作：
   我們可以選擇一個運動項目，例如「羽球單打」或「籃球」等，來闡述。這裡以「羽球單打」的「殺球」動作為例，其主要涉及盂肱關節的運動。

   • 開放鏈向心收縮 (Open Chain Concentric Contraction)：
     • 動作情境： 在羽球殺球的過程中，當球拍從後方揮向前方，並在最高點擊球的瞬間。此時，手持球拍的手臂（包含盂肱關節）是相對自由移動的，而身體軀幹的穩定性是運動的基礎。

本題旨在釐清單關節肌、雙關節肌、多關節肌的定義，並深入探討多關節肌特有的「主動不足」與「被動不足」現象。

核心觀念：

• 單關節肌 (Single-joint muscle)： 僅跨越一個關節的肌肉。
• 雙關節肌 (Two-joint muscle)： 跨越兩個關節的肌肉。
• 多關節肌 (Multi-joint muscle)： 跨越兩個或兩個以上關節的肌肉。
• 主動不足 (Active Insufficiency)： 當肌肉同時被兩個或多個關節的動作拉長到其最大縮短長度時，該肌肉無法產生足夠的力量來完成其中一個或多個關節的動作。
• 被動不足 (Passive Insufficiency)： 當肌肉同時被兩個或多個關節的動作拉長到其最大伸展長度時，該肌肉無法被進一步伸展，進而限制了其中一個或多個關節的活動度。

解題步驟：

1. 解釋單關節肌、雙關節肌、多關節肌的定義：

   • 單關節肌： 顧名思義，這類肌肉只跨越一個關節，因此其收縮只會引起該關節的運動。例如，肱橈肌 (Brachioradialis) 主要作用於肘關節。
   • 雙關節肌： 這類肌肉跨越兩個關節。例如，股二頭肌 (Biceps Femoris) 跨越髖關節和膝關節。
   • 多關節肌： 這類肌肉跨越兩個以上的關節，通常也稱為長肌肉 (long muscles)。例如，腹直肌 (Rectus Abdominis) 跨越胸腔和骨盆的關節（實際上是脊椎關節），而股四頭肌群中的股直肌 (Rectus Femoris) 則跨越髖關節和膝關節。

2. 選擇一條多關節肌肉為例，說明主動不足與被動不足：
   我們選擇「股直肌」(Rectus Femoris) 作為例子，它屬於股四頭肌群，跨越髖關節和膝關節。

   • 股直肌 (Rectus Femoris)：

     • 功能： 股直肌的主要功能是伸直膝關節 (knee extension)，同時也協助屈曲髖關節 (hip flexion)。

   • 主動不足 (Active Insufficiency)：

     • 情境說明： 當股直肌被同時拉長到其最大縮短長度時，它就無法產生足夠的力量來完成其所有的主要功能。
     • 具體動作： 想像一個動作：

本題旨在比較「著地反彈跳」(Drop Jump, DJ)與「下蹲跳」(Countermovement Jump, CMJ)兩種跳躍動作的生物力學特徵，特別是地面反作用力在起跳時的差異，並探討何者更適合用於下肢爆發力訓練。

核心觀念：

• 地面反作用力 (Ground Reaction Force, GRF)： 腳與地面接觸時，地面對腳產生的反作用力，其大小和方向是影響跳躍高度的重要因素。
• 衝量 (Impulse)： 力對時間的積分，衝量越大，動量變化越大，因此影響跳躍的最終速度和高度。衝量 = 平均力 × 作用時間。
• 彈性儲存與釋放 (Elastic Energy Storage and Release)： 肌肉和肌腱在離心收縮階段儲存彈性位能，並在向心收縮階段快速釋放，產生更大的爆發力。
• 預伸展 (Pre-stretch) / 伸展-縮短循環 (Stretch-Shortening Cycle, SSC)： 肌肉在收縮前經歷一個離心收縮階段，然後立即進行向心收縮。

解題步驟：

1. 解釋兩種跳躍動作的生物力學特徵（以地面反作用力為核心）：
   圖形左側顯示了兩種跳躍動作（DJ 和 CMJ）的地面反作用力隨時間的變化曲線。曲線上的星號 (*) 標記了起跳的瞬間。

   • 下蹲跳 (Countermovement Jump, CMJ)：

     • 動作過程： CMJ 的動作是先快速下蹲（離心收縮），然後立即向上跳起（向心收縮）。整個過程沒有明顯的停留。
     • 地面反作用力特徵： 從圖中可以看出，CMJ 的地面反作用力曲線呈現一個較為平滑、單峰的形態。在起跳瞬間（星號），地面反作用力的峰值相對較高，但作用時間相對較短。這主要是因為肌肉和肌腱的彈性儲存和釋放能力被有效利用，但衝量（力×時間）的總量受到一定限制。

   • 著地反彈跳 (Drop Jump, DJ)：

     • 動作過程： DJ 的動作是從一定高度跳下（著地），然後立即向上反彈。著地後會有一個短暫的緩衝和反彈階段。
     • 地面反作用力特徵： DJ 的地面反作用力曲線則呈現出兩個明顯的峰值。第一個峰值（較小的峰值）出現在腳接觸地面的瞬間，這是由於重力加上身體的動量衝擊地面。緊接著，在非常短的時間內，身體進行快速的伸展-縮短循環 (SSC)，產生第二個、也是更強的峰值（較大的峰值），這代表了肌肉和肌腱儲存的彈性能量被高效釋放。
     • 起跳瞬間 (星號) 的原因差異：

本題旨在探討腳背踢足球動作的生物力學特徵，特別是藉由動力鏈的概念分析下肢關節的動作協調性，以及影響踢球距離的關鍵因素。

核心觀念：

• 動力鏈 (Kinetic Chain)： 人體運動時，一系列相互連接的關節和肌肉所組成的鏈。運動從一個關節傳遞到下一個關節，形成能量的傳遞和累積。
• 近端固定 (Proximal Segment Fixed)： 身體近端（如軀幹、骨盆）固定，遠端（如腿、腳）運動。
• 遠端固定 (Distal Segment Fixed)： 身體遠端（如腳、手）固定，近端運動。
• 衝量-動量原理 (Impulse-Momentum Principle)： 踢球時，腳與球接觸產生的衝量，決定了球的最終動量（質量 × 速度），進而影響踢球的距離。衝量 = 力 × 時間。
• 關節速度最大化 (Joint Velocity Maximization)： 為了使踢球速度最大化，需要從近端到遠端依次加速，並在腳與球接觸的瞬間達到最大的關節速度。

解題步驟：

1. 以動力鏈概念描述踢球腳下肢關節動作特徵：
   腳背踢足球是一個典型的「近端固定，遠端運動」的動力鏈過程，其中站立腳（左腳）提供穩定的基礎，而踢球腳（右腳）則產生高速的踢球動作。

   • 動作階段與關節特徵：

     • 準備階段 (從運動開始到站立腳接觸地面)：

       • 髖關節 (Hip)： 在擺動腿（右腳）後踢時，髖關節會先進行伸展 (extension)，然後在向前擺動準備踢球時，迅速轉為屈曲 (flexion)，以增加擺動速度。
       • 膝關節 (Knee)： 在擺動腿後踢時，膝關節會先伸直，然後在向前擺動過程中，膝關節會快速屈曲 (flexion)，以縮短擺動半徑，加速擺動。在接近觸球點時，膝關節又會快速伸直 (extension)，以增加腳踝的末端速度。
       • 踝關節 (Ankle)： 踝關節在擺動過程中相對靈活，通常會在觸球前進行背屈 (dorsiflexion)，然後在觸球瞬間，踝關節會快速跖屈 (plantarflexion) 以增加腳背的踢球速度和力量。
       • 速度圖分析： 從圖形左側（站立腳接觸地面前）可以看出，踢球腳的髖、膝、踝關節速度在逐漸增加，尤其是在膝關節和踝關節，它們在最後階段的加速尤為明顯。

     • 加速與觸球階段 (從站立腳接觸地面到踢球腳觸球)：

       • 站立腳 (左腳)： 站立腳的作用是提供穩定的支撐點，並協助身體產生旋轉。
       • 髖關節 (Hip)： 踢球腳的髖關節在向前擺動過程中繼續快速屈曲，並在觸球前達到最大屈曲速度，然後隨後開始伸展。
       • 膝關節 (Knee)： 膝關節快速伸直，將能量傳遞到小腿。