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115年:物治基礎(1)

股脛關節（ femorotibial joint ）從事伸直（ extension ）動作時，下列敘述何者錯誤？

A關節活動自由度（ degree of freedom ）為2
B在開放鏈（ open chain ）動作時，關節內動作為滾動（ roll）與滑動（ slide）同一方向
C在閉鎖鏈（ closed chain ）動作時，屬於凸在凹上（ convex-on-concave ）的動作
D在閉鎖鏈動作時，股骨關節面向外做自旋（spin）

詳細解析

本題觀念：

本題考查 膝關節（股脛關節，Tibiofemoral joint）的生物力學（Biomechanics），特別是關節運動學（Arthrokinematics）中的滾動（Roll）、滑動（Slide/Glide）規則，以及末端伸直時的**螺旋歸位機轉（Screw-home mechanism）**在開放鏈（Open Kinetic Chain, OKC）與閉鎖鏈（Closed Kinetic Chain, CKC）下的差異。

選項分析

  • A. 關節活動自由度（degree of freedom）為2

    • 正確。
    • 膝關節主要是一個屈戌關節（Hinge joint），但並非單純的樞紐。它擁有 2 個自由度（2 degrees of freedom）：
      1. 屈曲/伸直（Flexion/Extension）：發生在矢狀面（Sagittal plane）。
      2. 內轉/外轉（Internal/External Rotation）：發生在水平面（Transverse plane），且主要在膝關節彎曲時才能顯著進行（伸直鎖死時無法旋轉）。
    • 註：有些更複雜的模型會討論到些微的內收/外展（Adduction/Abduction），但在標準基礎生物力學教學中，膝關節定義為雙軸關節（Biaxial joint）或擁有2個自由度。

  • B. 在開放鏈（open chain）動作時，關節內動作為滾動（roll）與滑動（slide）同一方向

    • 正確。
    • 開放鏈（OKC）伸直（如：踢腿機坐姿伸膝）：是**脛骨（凹面，Concave）在固定的股骨（凸面，Convex）**上移動。
    • 根據 凹凸法則（Concave-Convex Rule）：凹面在凸面上移動時，滾動（Roll）與滑動（Slide）的方向 相同。
    • 例如：伸膝時脛骨向前揮動，其關節面也向前滾動、向前滑動。

  • C. 在閉鎖鏈（closed chain）動作時，屬於凸在凹上（convex-on-concave）的動作

    • 正確。
    • 閉鎖鏈（CKC）伸直（如：由蹲到站）：是遠端脛骨固定，近端的**股骨（凸面，Convex）在脛骨（凹面，Concave）**上移動。
    • 這符合 凸在凹上（Convex-on-Concave） 的定義。
    • 在此情況下（CKC伸直），股骨會向前滾動（Anterior roll），同時向後滑動（Posterior slide），兩者方向相反。

  • D. 在閉鎖鏈動作時，股骨關節面向外做自旋（spin）

    • 錯誤。
    • 此選項涉及 螺旋歸位機轉（Screw-home mechanism），即膝關節在完全伸直前的最後約 20-30 度會發生的自動旋轉以鎖定關節。
    • 開放鏈（OKC，脛骨動）：為了鎖定膝蓋，脛骨會相對於股骨做 外轉（External Rotation）。
    • 閉鎖鏈（CKC，股骨動）：為了鎖定膝蓋，股骨必須在固定的脛骨上做 內轉（Internal Rotation/Medial Rotation）。
    • 選項敘述「向外做自旋（external spin/rotation）」與閉鎖鏈伸直時的股骨內轉動作不符。

答案解析

答案為 D。在閉鎖鏈（CKC）進行膝關節伸直動作（如起立）的最後階段，為了達成鎖定機制（Screw-home mechanism），股骨會在固定的脛骨上進行 內轉（Internal Rotation），而非外轉。

核心知識點

  1. 膝關節自由度：2個（屈伸、旋轉）。
  2. 凹凸法則 (Concave-Convex Rule)：
    • OKC (脛骨動)：凹動凸不動 →\rightarrow 滾、滑 同向 (Same direction)。
    • CKC (股骨動)：凸動凹不動 →\rightarrow 滾、滑 反向 (Opposite direction)。
  3. 螺旋歸位機轉 (Screw-home Mechanism)：
    • 目的：增加膝關節在完全伸直時的穩定性。
    • 動作方向 (鎖定 Lock)：
      • OKC：脛骨 外轉 (Tibia External Rotation)。
      • CKC：股骨 內轉 (Femur Internal Rotation)。
    • 解鎖 (Unlock) 肌肉：膕肌 (Popliteus) (負責啟動屈曲時的解鎖)。

參考資料

  1. Neumann, D. A. (2016). Kinesiology of the Musculoskeletal System: Foundations for Rehabilitation. Elsevier. (Chapter on Knee).
  2. Levangie, P. K., & Norkin, C. C. (2011). Joint Structure and Function: A Comprehensive Analysis. F.A. Davis Company.
  3. Physiopedia - Screw Home Mechanism
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