115年:神經物治(2)

依應力-應變關係圖(stress-strain relationship),韌帶或肌腱承受拉力時,下列何者錯誤?

A關係圖可分為非線性區、彈性區與塑性區
B彈性區為正常的生理範圍,可提供關節穩定度
C拉筋時,應力須進入塑性區但不能超過最終崩潰點(ultimate failure point)
D結締組織的剛性(stiffness)為應變(strain)除以應力(stress)

詳細解析

本題觀念

應力-應變圖是在說明結締組織受到拉力時,外加負荷與形變之間的關係。應力是單位面積承受的力量,應變則是相對於原本長度的變化量。閱讀韌帶或肌腱的曲線時,要先看組織是否仍能回復原形,再看曲線斜率代表的剛性;若超過彈性限度,便可能留下不可逆的長度改變。

選項分析

A.韌帶與肌腱開始受拉時,常先經過初始非線性的 toe 區,接著進入較接近直線的彈性區;負荷再增加並超過彈性或降伏範圍後,會出現塑性變形,最後可能失效。因此以非線性區、彈性區和塑性區來掌握曲線,概念上正確。實際圖形還可標示失效點,但不影響這個分區判斷。

B.正常活動時,韌帶與肌腱的負荷主要落在可逆的生理彈性範圍。組織在此範圍內可產生被動張力,並在外力移除後大致回復原來長度,因而協助維持關節排列與穩定度。若長期或瞬間超過這個範圍,才可能出現永久變形或損傷,所以本項正確。

C.若拉筋的目標是取得持續的結締組織延長,單純停留在可完全回復的彈性區通常不足,負荷需超過彈性限度而進入塑性變形區;但仍必須低於最終失效點,否則可能造成纖維微損傷、撕裂或斷裂。這描述的是應力-應變概念,臨床伸展仍須依組織狀態控制強度與時間,本項在本圖示脈絡下正確。

D.本項把剛性的方向寫反。應力-應變圖的斜率是應力除以應變,代表材料抵抗形變的程度;應變除以應力則是其倒數概念,較接近柔順度,而不是剛性。因此本項錯誤。

答案解析

答案為 D。剛性可用曲線斜率表示:同樣的應變需要更高應力,代表組織較硬、剛性較大,公式方向是 stress/strain。應變放在分子、應力放在分母會得到相反的柔順性概念,不能作為結締組織剛性的定義。其餘選項分別描述曲線分區、生理彈性範圍,以及低於失效點的塑性延長,均符合本題的生物力學判讀。

核心知識點

記憶曲線可用「先順應、再回復、後永久、終失效」:初始 toe 區反映纖維逐漸拉直;彈性區的形變大致可逆;超過彈性限度後進入塑性區,卸除負荷仍會留下長度改變;繼續增加負荷則可能到達破壞。公式則記成剛性或彈性模數=應力/應變,曲線越陡表示越難被拉長。另須分辨材料本身的模數與整條組織的結構性剛性,兩者都以抵抗形變的能力為核心,但不能把比值方向倒置。

參考資料

  1. Role of biomechanics in the understanding of normal, injured, and healing ligaments and tendons(PMID:19346303)
  2. Stress–strain curve
  3. Elastic modulus
  4. Factors That Influence the Efficacy of Stretching Programs for Patients With Hypomobility
  5. Guidelines for ex vivo mechanical testing of tendon