進行開放鍊股四頭肌肌力訓練時，於膝關節角度接近伸直時，脛骨相對於股骨產生的作用力，下列敘述何者正確？

本題觀念：

本題考查開放鍊（Open Kinetic Chain, OKC）膝關節伸直運動的生物力學機制，特別是在**終端伸直（Terminal Knee Extension, TKE）**角度（約 0°~30°）時，脛股關節（Tibiofemoral joint）所承受的受力方向。這對於前十字韌帶（ACL）重建術後的復健處方至關重要。

選項分析

• A. 將脛骨拉向股骨的壓力、向前移位的剪力 (正確)
  • 壓力 (Compression/Pressure)：股四頭肌收縮時，會透過髕骨韌帶施力於脛骨粗隆。由於肌肉收縮方向主要為向心（Proximal），這會將脛骨平台拉向股骨髁（Femoral condyles），產生關節壓力（Compression force），即選項描述的「將脛骨拉向股骨」。
  • 剪力 (Shear Force)：在膝關節接近完全伸直（0°~30°）時，髕骨韌帶對脛骨的拉力角度會產生分力，產生顯著的向前剪力（Anterior shear force），使脛骨相對於股骨向前位移（Anterior tibial translation）。這也是為何在此角度進行高阻力 OKC 訓練會增加 ACL 張力的原因。
• B. 將脛骨拉離股骨的壓力、向後移位的剪力
  • 「拉離」通常指牽引力（Traction），與肌肉收縮造成的關節擠壓（壓力）矛盾。
  • 向後剪力：發生在膝關節彎曲角度較大（如 >60°~90°）時，此時髕骨韌帶的角度會導致脛骨向後移動，主要由後十字韌帶（PCL）承受壓力，而非在伸直時。
• C. 將脛骨拉離股骨的牽引力、幾乎無剪力
  • 股四頭肌收縮會產生將關節面壓緊的壓力，而非將骨頭拉開的牽引力。
  • 在接近伸直時，剪力非常顯著（向前），並非「幾乎無剪力」。
• D. 將脛骨拉向股骨的壓力、幾乎無剪力
  • 雖然前半段關於壓力的描述正確，但後半段錯誤。如前所述，開放鍊伸膝在最後 30 度會產生最大的向前剪力，絕非無剪力。

答案解析

在進行開放鍊（OKC）股四頭肌肌力訓練（如坐姿踢腿機 Leg Extension）時，隨著膝關節從彎曲走向伸直：

1. 軸向力（Axial Force）：股四頭肌的強力收縮會將脛骨向近端拉，使脛骨平台緊壓股骨髁，產生關節壓力（Compression），即題目所述「將脛骨拉向股骨」。
2. 剪力（Shear Force）：剪力的方向隨膝關節角度而改變。
   • 60°~90° 彎曲時：產生向後剪力（Posterior shear），對 PCL 施壓。
   • 0°~30° 接近伸直時：髕骨韌帶的拉力向量改變，產生顯著的向前剪力（Anterior shear），導致脛骨向前位移，此動作會顯著增加前十字韌帶（ACL）的張力。

因此，正確描述應為「將脛骨拉向股骨的壓力」加上「向前移位的剪力」。

核心知識點

1. 開放鍊 vs. 閉鎖鍊 (OKC vs. CKC) 剪力差異：
   • OKC (如踢腿機)：在 0°~30° 伸直末端，產生最大向前剪力 (ACL Loading 高)。
   • CKC (如深蹲)：透過腿後肌群 (Hamstrings) 的共同收縮 (Co-contraction) 及關節擠壓，可抵銷向前剪力，對 ACL 較安全。
2. 臨床應用：
   • ACL 重建術後早期：應避免在 0°~45° 範圍進行高阻力的 OKC 伸膝訓練，以免過大的向前剪力拉扯移植物 (Graft)。通常建議在 90°~45° 範圍內進行 OKC，或優先選擇 CKC 運動。
   • PCL 受傷/重建：應避免深彎角度 (>90°) 的 OKC 訓練（產生向後剪力），但在 0°~60° 範圍內的股四頭肌訓練通常是安全的（產生向前剪力，減少 PCL 壓力）。

參考資料

1. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy (JOSPT): "Biomechanics of the Knee During Closed Kinetic Chain and Open Kinetic Chain Exercises"
2. Escamilla RF et al.: "Patellofemoral joint force during closed and open kinetic chain exercises".
3. Kisner & Colby, "Therapeutic Exercise: Foundations and Techniques".