114 年 國立臺灣大學物理治療系碩士班《肌動及生物力學》

此題為綜合題，主要考驗考生對於運動學 (kinematics) 概念的理解，包含骨間運動、骨面運動、開放鏈與閉鎖鏈運動，以及肌肉功能與收縮模式的應用。由於題目未具體指出是哪個金牌項目，將以常見的運動項目「舉重」的抓舉 (Snatch) 或挺舉 (Clean and Jerk) 的上舉動作為例進行說明，此類動作能充分展現肌動學的各種面向。

核心觀念：

• 骨間運動 (Osteokinematic Motion): 關節兩骨骼間的相對運動，以身體的臨床術語描述，如屈曲 (flexion)、伸展 (extension)、外展 (abduction)、內收 (adduction)、內旋 (internal rotation)、外旋 (external rotation)。
• 骨面運動 (Arthrokinematic Motion): 關節表面之間的運動，包括滾動 (rolling)、滑動 (gliding) 和旋轉 (spinning)。
• 開放鏈運動 (Open-Chain Motion): 肢體遠端自由移動，近端固定。
• 閉鎖鏈運動 (Closed-Chain Motion): 肢體近端固定，遠端不動或與固定物體接觸。
• 肌肉收縮模式： 等長收縮 (isometric contraction)、向心收縮 (concentric contraction)、離心收縮 (eccentric contraction)。

(1) 骨間動作與骨面動作的描述

以舉重運動的「上舉」動作（例如將槓鈴從肩部舉至頭頂上方）為例：

• 骨間動作 (Osteokinematic Motion):

  • 肩關節 (Glenohumeral Joint): 進行大幅度的屈曲 (flexion) 與外展 (abduction)，以及部分外旋 (external rotation)，以將槓鈴舉過頭部。
  • 肘關節 (Elbow Joint): 在抓舉或挺舉的初期，肘關節會先屈曲 (flexion) 以完成提槓，隨後在將槓鈴舉至頭頂的階段，肘關節會進行伸展 (extension)。
  • 腕關節 (Wrist Joint): 進行屈曲 (flexion) 或伸展 (extension) 以穩定槓鈴。
  • 頸椎與胸椎 (Cervical & Thoracic Spine): 可能有輕微的伸展 (extension) 或側屈 (lateral flexion) 來配合手臂的動作。

• 骨面運動 (Arthrokinematic Motion):

  • 肩關節: 肩關節盂肱關節 (glenohumeral joint) 的肱骨頭 (humeral head) 相對於肩胛骨的關節盂 (glenoid fossa) 進行滾動 (rolling) 和滑動 (gliding)，以實現大幅度的屈曲、外展和外旋。例如，在屈曲時，肱骨頭主要向下和向前滑動；在外展時，則向上和向內滑動。
  • 肘關節: 肱尺關節 (humeroulnar joint) 和肱橈關節 (humeroradial joint) 的關節面進行滾動 (rolling) 和滑動 (gliding)，以實現屈曲和伸展。
  • 腕關節: 橈骨與腕骨 (radius and carpal bones) 之間，以及腕骨與腕骨之間，也發生相應的滾動 (rolling) 和滑動 (gliding)，以微調槓鈴的位置和穩定性。

(2) 開放鏈或閉鎖鏈運動，以及 Neuman DA 的建議

• 開放鏈或閉鎖鏈運動：
  舉重運動中的「上舉」動作，從地面將槓鈴拉起並最終舉過頭頂的整個過程，在身體的肢體運動學上，可以說是開放鏈 (open-chain motion) 與閉鎖鏈 (closed-chain motion) 的結合，但更強調開放鏈的特性，尤其是在肢體遠端（手部）與自由移動的槓鈴互動時。

  • 開放鏈時期： 當手部抓住槓鈴，並將槓鈴從地面或身體附近舉起時，手部（遠端）是自由移動的，而身體（近端）相對固定，這屬於開放鏈運動。運動員需要主動控制槓鈴的軌跡。
  • 閉鎖鏈時期： 然而，在某些情況下，例如運動員在完成上舉後，身體軀幹和下肢可能處於相對穩定的狀態，而手臂則支撐著槓鈴，若將此視為穩定身體以支撐外部重量，則帶有閉鎖鏈的意味。但從整體動作的「主動移動」來看，開放鏈是更主要的描述。

• Neuman DA 的建議：
  D.A. Neuman 在其著作《Kinesiology of the Musculoskeletal System》中，對於「開放鏈」與「閉鎖鏈」的術語使用，建議更精確地描述運動的本質。

此題主要考驗考生對「三平面關節動作」的定義，以及如何將此概念應用於距下關節 (subtalar joint) 在開放鏈與閉鎖鏈運動下的具體運動。

核心觀念：

• 三平面關節動作 (Triplanar Motion): 指的是一個關節在三個主要運動平面（矢狀面、額狀面、水平面）上同時或連續發生的複合運動。在人體運動學中，許多關節的運動並非單純的平面運動，而是多個平面運動的組合。
• 距下關節 (Subtalar Joint): 位於距骨 (talus) 和跟骨 (calcaneus) 之間，是足部最主要的運動關節之一，對於足部的適應地形和吸收衝擊至關重要。其運動通常與跗骨間關節 (talocalcaneal joint) 和跟舟骨關節 (calcaneonavicular joint) 結合，產生所謂的「足部複合運動」(foot complex motion)。
• 開放鏈 (Open-Chain Motion): 肢體遠端（在此指足部）自由移動，近端（小腿）固定。
• 閉鎖鏈 (Closed-Chain Motion): 肢體近端（小腿）固定，遠端（足部）與地面接觸，足部運動會影響近端肢體。

三平面關節動作的定義：
三平面關節動作是指關節在進行運動時，同時或依序涉及到矢狀面 (sagittal plane)、額狀面 (frontal plane) 和水平面 (horizontal plane) 的運動。例如，當一個關節進行「內翻」(inversion) 時，它可能同時包含足部的內收 (adduction)、蹠屈 (plantarflexion) 和旋後 (supination) 等成分，這就是一個典型的三平面運動。

距下關節 (Subtalar Joint) 的三平面運動：

距下關節的運動通常被描述為「內翻」(inversion) 和「外翻」(eversion)。這兩個動作都是三平面運動的複合體。

• 內翻 (Inversion): 足部向內側翻轉，通常包含以下三個平面運動的組合：

  • 矢狀面： 蹠屈 (Plantarflexion) - 足底向後下方。
  • 額狀面： 內收 (Adduction) - 足尖向內側。
  • 水平面： 旋後 (Supination) - 足底朝向內側。
    （注意：傳統上，距下關節的運動常被描述為旋後/旋前，而踝關節（距脛關節）的運動為蹠屈/背屈。但當討論足部複合運動時，常將這三種運動整合起來描述距下關節的內翻/外翻。）

• 外翻 (Eversion): 足部向外側翻轉，通常包含以下三個平面運動的組合：

  • 矢狀面： 背屈 (Dorsiflexion) - 足背向前上方。
  • 額狀面： 外展 (Abduction) - 足尖向外側。
  • 水平面： 旋前 (Pronation) - 足底朝向外側。

距下關節在開放鏈與閉鎖鏈動作下的表現：

此題考驗考生對手指伸展機制 (extensor mechanism) 的理解，以及如何應用此機制來解釋天鵝頸畸形 (swan-neck deformity) 的病理學。

核心觀念：

• 手指伸展機制 (Extensor Mechanism): 指的是手指伸展肌群（主要是橈側伸肌和尺側伸肌，以及指伸肌）透過肌腱、韌帶和關節囊等結構，將力量傳遞到指骨，使手指伸展的複雜系統。此系統包含：

  • 伸指總肌腱 (Extensor Hood / Sagittal Bands): 位於手指背側，由指伸肌肌腱、骨間肌 (interossei) 和蚓狀肌 (lumbricals) 的肌腱纖維交織而成，將力量分散到指骨近端、中節和遠端。
  • 指伸肌肌腱 (Extensor Digitorum Tendon): 從前臂發出，延伸至手指背側。
  • 近節指骨的伸肌腱止點 (Extensor Tendon Insertion on Proximal Phalanx): 指伸肌肌腱在近節指骨近端背側形成一個三角形的結構。
  • 中節指骨的伸肌腱止點 (Extensor Tendon Insertion on Middle Phalanx): 指伸肌肌腱在中節指骨近端背側橫向分叉，形成一個中央的腱片 (central slip)，向下延伸至中節指骨的背側近端。
  • 遠節指骨的伸肌腱止點 (Extensor Tendon Insertion on Distal Phalanx): 中央腱片 (central slip) 在中節指骨處，再進一步分叉，形成兩條側邊腱片 (lateral bands)，這兩條側邊腱片向下匯聚，並與骨間肌和蚓狀肌的肌腱纖維結合，最終在遠節指骨的背側遠端形成一個共同的止點，負責遠節指骨的伸展。
  • 掌骨關節囊的輔助： 掌骨的關節囊韌帶在伸指機制中也扮演穩定角色。

  簡單來說，伸指機制的關鍵在於指伸肌腱的「中央腱片」和「側邊腱片」的協調作用，以及骨間肌和蚓狀肌的輔助，共同將力量傳遞至各指骨，實現手指的伸展。

• 天鵝頸畸形 (Swan-Neck Deformity): 是一種手指畸形，其特徵是近節指骨過度伸展 (hyperextension)，而中節指骨則過度屈曲 (flexion)。這種畸形會導致手指無法正常伸直。

手指伸展機制的病理機轉 (以天鵝頸畸形為例)：

此題考驗考生對脊椎所承受的各種力學負荷及其與背痛發生機轉的理解。

核心觀念：

• 脊椎的結構與功能： 脊椎由椎骨、椎間盤、韌帶、肌肉等組成，具有支撐身體、保護脊髓、允許運動等功能。
• 力學負荷： 脊椎在日常活動中承受各種外力及內力。
• 背痛機轉： 當這些力學負荷超過脊椎組織的負荷能力，或因其他因素（如姿勢不良、肌肉無力）而導致應力集中，可能引發結構損傷、發炎反應、神經壓迫，進而產生疼痛。

脊椎所承受的各種力及其產生背痛的機轉：

脊椎在承受負荷時，主要會受到以下幾種力的作用：

1. 壓縮力 (Compressive Force):

   • 說明： 這是脊椎承受最主要的力，是身體重力、肌肉收縮以及外部重物負荷等沿著脊椎縱軸向下的壓力。例如，站立、坐姿、搬重物時，椎間盤和椎體都會承受巨大的壓縮力。
   • 背痛機轉：
     • 椎間盤退化與突出 (Disc Degeneration & Herniation): 長期或過大的壓縮力會加速椎間盤的磨損和退化。當椎間盤纖維環 (annulus fibrosus) 承受過度壓縮應力，其內部的髓核 (nucleus pulposus) 可能向外突出，壓迫鄰近的神經根，引起神經痛（如坐骨神經痛）或區域性背痛。
     • 椎體壓力性骨折 (Compression Fracture): 在骨質疏鬆症等情況下，椎骨的椎體可能因輕微的壓縮力而發生骨折，導致脊椎結構不穩定和劇烈疼痛。
     • 關節突關節 (Facet Joint) 壓力： 過度的壓縮力也會增加關節突關節的壓力，若關節軟骨磨損，可能引起關節炎和疼痛。

2. 剪力 (Shear Force):

   • 說明： 這是指作用在平行於脊椎表面或椎體表面的力，試圖使相鄰的椎骨相互滑動。例如，快速的彎腰、轉體、或身體前後傾斜時，椎間盤和後方的韌帶會承受剪力。
   • 背痛機轉：
     • 脊椎滑脫 (Spondylolisthesis): 如果脊椎後方的結構（如椎弓、關節突）因創傷或先天性因素而斷裂（如脊椎分離症 Spondylolysis），相鄰的椎骨就容易在壓縮力和剪力作用下向前滑脫。這種滑脫會改變脊椎的生物力學，可能壓迫神經，引起疼痛。
     • 韌帶扭傷 (Ligament Sprain): 過大的剪力可能導致支撐脊椎的韌帶（如後縱韌帶、黃韌帶）過度拉伸或撕裂，引起急性背痛。

3. 彎曲力 (Bending Force) / 彎矩 (Bending Moment):

   • 說明： 身體向前、後、左、右彎曲時，脊椎的一側承受壓縮，另一側承受拉伸。例如，彎腰撿東西時，脊椎前方（腹側）的結構承受拉伸，後方（背側）的結構承受壓縮。
   • 背痛機轉：