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114年:物治基礎(2)

走路速度增加時，髖關節的動作變化為何？

A最大彎曲角度和最大伸直角度皆減少
B最大彎曲角度和最大伸直角度皆增加
C最大彎曲角度增加，最大伸直角度減少
D最大彎曲角度減少，最大伸直角度增加

詳細解析

本題觀念：

本題考查的是步態分析 (Gait Analysis) 中，行走速度 (Walking Speed) 對於髖關節運動學 (Hip Kinematics) 的影響。

行走速度的公式為： Speed=Stride Length (步長)×Cadence (步頻)\text{Speed} = \text{Stride Length (步長)} \times \text{Cadence (步頻)}

當行走速度增加時，人體為了維持效率並推進身體，通常會同時增加步長與步頻。為了達成更大的步長 (Stride Length)，髖關節必須在擺盪期 (Swing Phase) 做更多的屈曲 (Flexion) 以跨出更遠的距離，並在站立期 (Stance Phase) 的末期做更多的伸直 (Extension) 以推動身體前進並延伸後腳。

選項分析

  • A: 最大彎曲角度和最大伸直角度皆減少

    • 錯誤。這通常發生在行走速度變慢（如老年人或病理步態）時。速度慢時，步長縮短，髖關節所需的活動範圍 (ROM) 變小，因此屈曲與伸直角度都會減少。

  • B: 最大彎曲角度和最大伸直角度皆增加

    • 正確。
      • 最大伸直角度增加：在快速行走時，為了增加步長，站立腳（後腳）在腳趾離地 (Toe-off) 前會滯留於後方更久、延伸更遠，導致髖關節伸直角度增加（Hyperextension increases）。這有助於產生更大的地面反作用力來推進身體。
      • 最大彎曲角度增加：為了跨出更大的步伐並在更短的時間內完成擺盪，擺盪腳（前腳）必須抬得更高、跨得更遠，因此髖關節屈曲角度會增加。
    • 根據 Perry's Gait Analysis 及相關生物力學研究，隨著行走速度提升（從慢走 -> 快走 -> 跑步），髖關節的總活動度 (Total Excursion) 會顯著增加，涵蓋了更彎曲與更伸直的範圍。

  • C: 最大彎曲角度增加，最大伸直角度減少

    • 錯誤。雖然最大彎曲角度確實增加，但最大伸直角度不會減少。若伸直角度減少，步長將會受限，不利於提升行走速度。

  • D: 最大彎曲角度減少，最大伸直角度增加

    • 錯誤。最大彎曲角度應增加而非減少。

答案解析

當行走速度增加時，人體策略主要涉及增加步長 (Stride Length)。生物力學上，要達成較長的步長：

  1. 站立末期 (Terminal Stance)：支撐腳必須向後延伸更多，導致髖關節伸直 (Hip Extension) 角度增加（通常達到 15-20度甚至更多）。
  2. 擺盪中期至末期 (Mid to Terminal Swing)：擺盪腳必須向前跨出更大的幅度，導致髖關節屈曲 (Hip Flexion) 角度增加（通常超過正常行走的 30度）。

因此，為了適應速度的提升，髖關節的整體活動範圍 (ROM) 擴大，最大屈曲與最大伸直角度皆會增加。

故正確答案為 (B)。

核心知識點

考生應掌握 步態週期 (Gait Cycle) 與 行走速度 的關係：

  1. 速度效應 (Speed Effect)：

    • 速度 ↑\uparrow ⇒\Rightarrow 步長 (Stride Length) ↑\uparrow + 步頻 (Cadence) ↑\uparrow。
    • 關節角度變化：
      • 髖關節 (Hip)：屈曲 ↑\uparrow、伸直 ↑\uparrow (ROM 顯著增加)。
      • 膝關節 (Knee)：站立期屈曲 ↑\uparrow (為了吸震)、擺盪期屈曲 ↑\uparrow。
      • 踝關節 (Ankle)：背屈 (Dorsiflexion) 與 蹠屈 (Plantarflexion) 幅度皆 ↑\uparrow (為了推蹬 Push-off)。
    • 肌肉活動：總體肌電訊號 (EMG) 振幅增加，尤其是推進肌群（腓腸肌、比目魚肌）與減速肌群（腿後肌）。

  2. 臨床應用：

    • 測速步行常作為評估功能性能力的指標。
    • 老年人或帕金森氏症患者因伸直角度受限（屈髖攣縮或姿勢控制差），常表現為步長縮短、步速下降，且過度依賴增加步頻來代償。

參考資料

  1. Crowinshield RD, et al. The effects of walking velocity and age on hip kinematics and kinetics. Clin Orthop Relat Res. 1978. (指出髖關節屈曲-伸直範圍隨速度增加而增加)
  2. Fukuchi, C. A., et al. Effects of walking speed on gait biomechanics in healthy participants: A systematic review and meta-analysis. Systematic Reviews, 2019. (系統性回顧確認快速行走時髖關節屈曲與伸直峰值皆增加)
  3. Kirsten Götz-Neumann. Gehen verstehen: Ganganalyse in der Physiotherapie (Gait Analysis). Thieme. (經典步態分析教科書觀念)
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