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114年:物治技術(2)

使用功能性電刺激來改善或增加肢體功能，下列敘述何者錯誤？

A電刺激脈衝以平衡雙相波模式較為理想
B電刺激之強度應造成明顯肌肉收縮
C為避免疲勞，使用之電刺激參數主要是徵召type I動作單元
D波寬以200至400微秒較為常見

詳細解析

本題觀念：

本題考點在於功能性電刺激 (Functional Electrical Stimulation, FES) 的生理機制與參數設定，特別是與自然肌肉收縮 (Voluntary contraction) 的差異。核心觀念涉及「運動單元徵召順序 (Motor unit recruitment order)」、「波形選擇」與「脈衝寬度 (Pulse width)」的設定標準。

選項分析

  • A. 電刺激脈衝以平衡雙相波模式較為理想 (正確)

    • 分析：平衡雙相波 (Balanced biphasic waveform) 能確保正負電荷相等，淨電荷為零。這能避免電荷在電極下的皮膚累積，減少皮膚刺激或化學灼傷的風險，是長期使用 FES 時最安全且舒適的波形選擇。

  • B. 電刺激之強度應造成明顯肌肉收縮 (正確)

    • 分析：FES 的目的是「功能性」動作（如垂足病患在行走時產生背屈），因此電刺激強度必須達到動作閾值 (Motor threshold) 以上，誘發出足夠強度的強直收縮 (Tetanic contraction) 才能帶動關節活動。若僅有感覺或輕微抽動而無明顯收縮，無法達成功能性目的。

  • C. 為避免疲勞，使用之電刺激參數主要是徵召type I動作單元 (錯誤)

    • 分析：這是本題的錯誤選項。
    • 自然收縮：遵循 Henneman's Size Principle，由小到大徵召 (Type I → Type II)，Type I 抗疲勞，故耐力好。
    • 電刺激收縮：遵循反向徵召原則 (Reverse recruitment principle) 或非選擇性徵召。因為大直徑的神經軸突 (通常支配 Type II 快縮肌) 對電流阻抗較低、較容易被興奮，因此電刺激往往優先徵召 Type II (快縮肌)。
    • 結論：現行的 FES 技術正是因為優先徵召了容易疲勞的 Type II 纖維，導致肌肉極易疲勞，這也是 FES 臨床應用上的主要限制之一。選項敘述與事實完全相反。

  • D. 波寬以200至400微秒較為常見 (正確)

    • 分析：在神經肌肉電刺激 (NMES/FES) 中，為了有效興奮運動神經並產生足夠的肌肉力量，同時避免過度刺激痛覺神經，脈衝寬度 (Pulse width/duration) 通常設定在 200~400 微秒 (μs) 範圍內。大肌肉群 (如股四頭肌) 有時甚至會用到更高，但 200-400 μs 是相當標準的臨床參數範圍。

答案解析

正確答案為 C。

FES 的主要缺點之一即是無法像自然收縮那樣優先徵召抗疲勞的 Type I 肌肉纖維。相反地，經皮電刺激傾向於優先或同步徵召較大直徑的神經纖維，這些纖維通常支配 Type II (快縮、易疲勞) 肌肉單位。因此，使用 FES 時肌肉容易快速疲勞，而非選項所述的「主要是徵召 Type I 動作單元來避免疲勞」。

核心知識點

  1. 徵召順序差異：
    • 自主收縮：Type I (慢、小) → Type II (快、大) [由小到大，抗疲勞]。
    • 電刺激 (FES/NMES)：Type II (快、大) 優先或與 Type I 同步徵召 [由大到小或亂序，易疲勞]。
  2. FES 參數設定：
    • 波形：雙相平衡波 (Balanced biphasic) 最佳 (安全性、舒適度)。
    • 頻率：通常 20-50 Hz (足夠產生強直收縮即可，過高會加速疲勞)。
    • 波寬 (Pulse Width)：200-400 μs 為大肌肉群常用範圍。
    • 強度：必須達到功能性收縮 (Functional contraction)。

參考資料

  1. Doucet BM, Lam A, Griffin L. Neuromuscular electrical stimulation for skeletal muscle function. Yale J Biol Med. 2012;85(2):201-215. (關於電刺激優先徵召 Type II 纖維導致疲勞的機制)
  2. Baker LL, Wiersma J. Clinical Uses of Neuromuscular Electrical Stimulation. In: Robinson AJ, Snyder-Mackler L, eds. Clinical Electrophysiology. 3rd ed. (關於波寬與波形選擇的標準參數)
  3. Gregory CM, Bickel CS. Recruitment patterns in human skeletal muscle during electrical stimulation. Phys Ther. 2005;85(4):358-364. (詳細比較電刺激與自主收縮的徵召順序差異)
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