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115年:物治基礎(1)

關於肌腱及韌帶的黏彈性質敘述，下列何者錯誤？

A肌腱及韌帶在應力－鬆弛測試中，應變值是固定的
B肌腱及韌帶在應力－鬆弛測試中，以週期性方式重複進行，應力減少的情況會更明顯
C肌腱及韌帶在潛變－變形測試中，剛開始時，樣本的應變會快速增加
D臨床上穿戴背架來改善脊椎側彎，是利用潛變的特性進行矯正

詳細解析

本題觀念：

本題主要測驗考生對於軟組織（肌腱、韌帶）生物力學特性的理解，特別是**黏彈性（Viscoelasticity）**的四大核心現象：潛變（Creep）、應力鬆弛（Stress-Relaxation）、遲滯現象（Hysteresis）以及預適應（Preconditioning）。

選項分析

  • A. 肌腱及韌帶在應力－鬆弛測試中，應變值是固定的 (正確)

    • 分析：應力鬆弛（Stress-Relaxation）的定義即為：將材料拉伸到一個固定的長度（應變 Strain 固定），並維持該長度不變，觀察其內部應力（Stress）隨時間而下降的現象。因此，測試過程中應變值是固定的，此敘述正確。

  • B. 肌腱及韌帶在應力－鬆弛測試中，以週期性方式重複進行，應力減少的情況會更明顯 (錯誤)

    • 分析：此選項涉及**預適應（Preconditioning）**的概念。
    • 當肌腱或韌帶接受週期性重複載重（Cyclic loading）時，其應力-應變曲線會逐漸改變（通常會右移），但遲滯迴圈（Hysteresis loop）的面積會逐漸減少。
    • 遲滯現象代表能量的耗損（黏性特徵），而應力鬆弛正是黏性特徵的表現之一。
    • 在最初的幾次循環中，組織的黏性效應最強，應力下降（鬆弛）的幅度最大。隨著循環次數增加，組織逐漸達到「穩態（Steady state）」，表現出更接近純彈性的行為（Pseudo-elastic），能量耗損減少。
    • 因此，隨著週期性測試重複進行，單次循環中的應力鬆弛幅度（應力減少量）應該是逐漸減少並趨於穩定，而非「更明顯」（意指幅度變大）。若選項是指「峰值應力」下降（Cyclic Softening），那是正確的，但「應力減少的情況（鬆弛現象）」本身是隨次數穩定或減少的。一般考題邏輯中，預適應會使組織性質穩定，黏性效應（如鬆弛、遲滯）降低，故此敘述錯誤。

  • C. 肌腱及韌帶在潛變－變形測試中，剛開始時，樣本的應變會快速增加 (正確)

    • 分析：潛變（Creep）的定義為：給予固定的負載（應力 Stress 固定），觀察形變（應變）隨時間增加的現象。
    • 潛變曲線通常分為三階段：
      1. 第一階段（Primary creep）：應變速率快，形變快速增加。
      2. 第二階段（Secondary creep）：應變速率趨緩且穩定。
      3. 第三階段（Tertiary creep）：若負載過大，應變速率再度加速直到斷裂（通常臨床治療不希望達到此階段）。
    • 因此，剛開始時應變快速增加是正確的描述。

  • D. 臨床上穿戴背架來改善脊椎側彎，是利用潛變的特性進行矯正 (正確)

    • 分析：脊椎側彎背架（如Milwaukee brace或Boston brace）的原理，是對脊椎施加持續的矯正力（或透過擺位產生持續的負載）。
    • 在長時間的持續受力下（Constant Load），脊椎旁的韌帶與軟組織會隨時間產生變形（Deformation over time），從而達到矯正角度的效果。這完全符合**潛變（Creep）**的定義。
    • (註：雖然部分矯正機制也包含應力鬆弛，但在生物力學的標準教學與考題中，背架、石膏矯正主要被歸類為利用潛變特性)。

答案解析

本題要求選出錯誤的敘述。選項 (B) 錯誤，因為在週期性負載（預適應）過程中，肌腱與韌帶的黏性行為（包括遲滯與應力鬆弛的幅度）通常會減少並趨於穩定，而非變得更明顯。第一次循環的應力下降量通常是最大的。

核心知識點

考生應確實掌握軟組織生物力學的關鍵定義：

  1. 潛變 (Creep)：定負荷 (Constant Load) →\rightarrow 形變隨時間增加 (Deformation increases)。應用：背架、牽引。
  2. 應力鬆弛 (Stress-Relaxation)：定長度 (Constant Strain) →\rightarrow 力量隨時間減少 (Stress decreases)。應用：拉筋 (Static Stretching)、系列石膏 (Serial Casting，部分觀點)。
  3. 預適應 (Preconditioning)：軟組織在重複受力後，剛性會暫時改變（通常軟化），遲滯圈面積減少，性質趨於穩定（Repeatable）。

參考資料

  1. Nordin, M., & Frankel, V. H. (2012). Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System. Lippincott Williams & Wilkins. (Chapter on Biomechanics of Tendons and Ligaments).
  2. Legerlotz, K., et al. (2013). Cyclic loading of tendon fascicles... Acta Biomaterialia. (討論週期性負載對肌腱性質的影響).
  3. Bestmade 人學院. 肌腱的特性與退化病變模型之介紹.
  4. Sportsoho. 肌肉筋膜組織互動模型.
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