訓練一膝下截肢（transtibial amputation）患者使用義肢行走時，發現在義肢側的步態承重期（loading response phase ），其膝關節的動作不穩定，甚至會出現膝過度屈曲（ excessive knee flexion ）的現象，下列何者較不可能？

本題觀念：

本題考查的是**膝下截肢（Transtibial Amputation）患者在步態週期中承重期（Loading Response）的生物力學機制，特別是殘肢與承筒介面壓力分布（Socket Interface Pressures）**以及導致膝關節不穩定（Buckling/Excessive Knee Flexion）的常見原因。

在承重期（Loading Response），膝關節進行緩衝（Shock Absorption），通常會彎曲約 15-20 度。此時地面反作用力（GRF）通過膝關節後方，產生膝屈曲力矩（Knee Flexion Moment）。為了維持穩定，患者的股四頭肌（Quadriceps）需進行離心收縮以控制屈曲，同時承筒會施加反作用力於殘肢上。

選項分析

• A. 髖伸肌無力（Hip extensor weakness）：可能造成（間接原因）。

  • 髖伸肌（如臀大肌）無力時，患者無法有效控制髖關節的屈曲力矩，通常會出現代償性軀幹後傾（Posterior Trunk Bending/Gluteus Maximus Gait），試圖將身體重心（COM）移至髖關節後方以鎖定髖部。
  • 然而，軀幹後傾會使地面反作用力線（GRF vector）相對於膝關節更加後移（More posterior to the knee），這會增加膝關節的屈曲力矩。若患者的股四頭肌力量邊緣化（Marginal strength），增加的屈曲力矩可能導致膝關節無法維持穩定而發生過度屈曲或軟腳（Buckling）。雖然這不是最直接的原因，但在生物力學連鎖反應中是合理的風險因素。

• B. 膝伸肌無力（Knee extensor weakness）：極可能造成。

  • 這是導致承重期膝關節過度屈曲最直接的原因。股四頭肌負責在承重期抵抗膝屈曲力矩（Eccentric control）。若肌力不足，膝關節將無法支撐體重與地面反作用力，導致膝蓋快速彎曲或跪倒（Buckling）。

• C. 髖關節屈曲攣縮（Hip flexion contracture）：極可能造成。

  • 髖屈曲攣縮會使股骨被限制在屈曲位置。為了維持直立平衡（將重心維持在支撐面上方），患者必須代償性地屈曲膝關節（Crouch gait），或者承筒會相對於鉛垂線呈現前傾（Effective socket flexion）。這會將地面反作用力線推向膝關節後方，顯著增加膝屈曲力矩，導致步態中出現過度的膝屈曲。

• D. 殘肢末端後側出現疼痛（Pain at the posterior aspect of the residual limb）：較不可能（本題答案）。

  • 壓力點分析：在承重期（Loading Response），地面反作用力造成膝屈曲力矩。為了抵抗這個力矩（即產生伸直力矩），殘肢在承筒內會形成一組力偶（Force Couple）：
    1. 殘肢**近端後側（Posterior Proximal / Popliteal area）**壓向承筒後壁。
    2. 殘肢**遠端前側（Anterior Distal / Distal Tibia）**壓向承筒前壁。
  • 因此，在承重期，殘肢末端後側（Posterior Distal）實際上是處於低壓力或無壓力狀態。
  • 殘肢末端後側主要是在站立末期（Terminal Stance）受到壓力，此時膝關節伸直力矩（Extension Moment）作用，殘肢會推向承筒的前近端（Anterior Proximal）和後遠端（Posterior Distal）。
  • 如果患者只有在「殘肢末端後側」疼痛，這個疼痛主要會發生在站立末期，而非承重期。因此，患者不太可能因為要避開這個疼痛而在承重期改變步態（如出現過度屈曲）。事實上，若為了避開後遠端的痛（即避免伸直力矩），患者可能會避免由承重期過渡到站立中期，或者縮短步幅，但不會導致承重期的膝不穩定（Buckling）。反而是「殘肢遠端前側（Anterior Distal）」疼痛才可能導致患者不敢使用股四頭肌用力，進而造成膝過度屈曲。

答案解析

正確答案是 D。

導致膝下截肢患者在承重期出現**膝過度屈曲（Excessive Knee Flexion / Buckling）**的主要原因通常涉及「無法抵抗屈曲力矩」或「屈曲力矩過大」。

• 選項 A、B、C 都會增加屈曲力矩或削弱抵抗能力（B是直接肌力不足，C是結構性增加力矩，A是代償姿勢增加力矩）。
• 選項 D 提到的疼痛位置（殘肢末端後側）在承重期並非主要受力點（承重期受力點為遠端前側與近端後側）。因此，該處疼痛與承重期的膝關節不穩定機制沒有直接關聯。

核心知識點

1. 膝下義肢承重期壓力分布（Loading Response / Heel Strike Pressure Areas）：
   • 外力：膝屈曲力矩（Knee Flexion Moment）。
   • 殘肢受力點：遠端前側（Anterior Distal Tibia）、近端後側（Posterior Proximal / Popliteal）。
2. 膝下義肢站立末期壓力分布（Terminal Stance Pressure Areas）：
   • 外力：膝伸直力矩（Knee Extension Moment）。
   • 殘肢受力點：近端前側（Anterior Proximal / Patellar Tendon）、遠端後側（Posterior Distal）。
3. 膝過度屈曲（Excessive Knee Flexion）常見原因：
   • 病患因素：膝屈曲攣縮、髖屈曲攣縮、股四頭肌無力。
   • 義肢因素：足跟過硬（Heel too hard）、承筒過度前傾（Excessive socket flexion）、足部過度背屈（Dorsiflexed foot）、承筒位置太過前方（Socket anterior displacement）。

參考資料

1. Biomechanics of the Transtibial Prosthetic Socket. In: Atlas of Amputations and Limb Deficiencies.
2. Sengeh et al. Interface Pressure System to Compare the Functional Performance of Prosthetic Sockets. Sensors, 2021. (Confirming pressure at Anterior Distal during Loading Response).
3. Gait Analysis for the Amputee. Review of common gait deviations.