膝關節解剖學暨生物力學分析

原文: http://www.mobile01.com/topicdetail.php?f=558&t=3365385&p=1#43794812

近年跑步已成顯學，各大路跑比賽的報名均是秒殺
想報上知名路跑賽的機率大概跟考高考一樣難…
（Puma螢光夜跑的慘況仍歷歷在目）

有運動習慣的朋友，身上難免會有痠痛問題，而在跑者身上最常見的就是膝蓋痛。
當出現膝蓋痛時，大家心裡應該會出現一個疑問？

我是受傷了嗎？
是什麼原因讓我膝蓋痛呢？
是姿勢不對？
還是訓練量過大？

那我該怎麼辦？

敝人在下我，亦是跑步愛好者。

且我的工作正好是物理治療師
肌肉骨骼系統的疼痛問題正是我們的專業範疇。

在此分享這篇拙作，期待可以幫助跑者們對自己的膝蓋有初步的瞭解
當疼痛發生時可以尋求正確的解決方法，享受跑步的樂趣。

我相信版上一定有比我更專業的醫師及學長姊在潛水

若在下的文章有錯誤的部分，請不吝指教。
在這先謝過

---------我是分隔線----------------
正文開始

我分成三部分，來討論膝關節的疼痛問題。

骨骼

一般俗稱的膝蓋區域，一共有四塊骨頭，構成三個關節。

(上圖為股骨與髕骨)

1.股骨(femur)：
遠端膨大結構為內/外上髁(medial/lateral epicondyle)，從外觀可發現內側比外側大。
內/外上髁的下方連接著脛骨，與脛骨平台(tibia plateau)構成股骨脛骨關節(tibiofemoral joint)，也就是一般俗稱的膝關節。
2.髕骨(patella):
人體最大的一塊種子骨，與股骨遠端的髕骨面（patella surface）構成臏骨股骨關節(patellofemoral joint)

(上圖為脛骨與腓骨)

3.脛骨(tibia):
上端為脛骨平台(tibia plateau)，往上承接股骨內外上髁構成股骨脛骨關節(tibiofemoral joint)。

4.腓骨（fibula）:
在脛骨的旁邊，上下端互相連結，構成近端/遠端脛腓骨關節（proximal /distal tibiofibular joint）。
基本上腓骨在骨骼結構中，是不負擔承重的任務，但是有相當多的肌肉附著在此。


關節

1.股骨脛骨關節(tibiofemoral joint)。

在此關節中，主要是靠著韌帶，來維持關節間的相對活動。
分別為:
前十字韌帶Anterior cruciate ligament（ACL）
後十字韌帶posterior cruciate ligament（PCL）
負責穩定關節的前後相對活動，維持股骨與脛骨的前後相對位置，
(2012球季，MLB紐約洋基的終結者Mariano Rivera，不小心弄斷的就是ACL)

下面這張圖可以觀察膝蓋內外側的韌帶

右邊是內側副韌帶medial collateral ligmen(MCL)
左邊是外側副韌帶lateral collateral ligment(LCL)
位置在關節的兩側，主要功能為穩定股骨與脛骨的左右相對位置。

在脛骨平台上端，左右各有一片半月軟骨（meniscus），主要功能為關節的緩衝。
這張圖同時也可以觀察到十字韌帶的相對位置。

2. 髕骨股骨關節(patellofemoral joint)

這個關節也是不直接承重的關節。

髕骨的動作是由股四頭肌帶動，在股骨的遠端沿著股骨溝做滑動。
當膝蓋彎曲時→髕骨向下滑動
當膝蓋伸直時→髕骨向上滑動

(上圖為髕骨與股骨相對滑動的情況)


從下面這張圖可以觀察到
在髕骨的周圍，有許多軟組織(肌肉、筋膜、肌腱)包覆著。

當這些軟組織的柔軟度適中時，髕骨就可以很順利的在股骨上滑動。
而當軟組織出現不平衡的狀態時(過緊或過鬆都會)
就會造成關節壓力過大，髕骨與股骨便會產生摩擦，進而引發疼痛。

此情況稱之為髕骨股骨疼痛症候群(Patellofemoral pain syndrome, 簡稱：PFPS)。

此類疼痛位置通常在膝蓋前側。

其中最常見的原因是膝蓋外側過緊，例如：
股外側肌(vastus lateralis)、髂脛束(lT band)和外側支持帶(lateral retinaculum)太過於緊繃
或是股內側肌(vastus medialis oblique)太過於無力，造成髕骨會往外上側滑動。

3.近端脛腓骨關節（proximal tibiofibular joint）

(這個關節比較不是屬於大家稱呼的膝蓋，但一般認為驅動膝關節的主要肌肉群或周遭筋膜組織，都與它有連結，也會交互影響，所以放在膝關節一起討論)

這個關節比較特別的是，它無法透過有意識的收縮肌肉來帶出動作
但會隨著腳踝及膝蓋的活動而被動的帶出動作。

透過下面這張圖即可瞭解

股二頭肌(biceps femoris)的肌肉動作為膝關節屈曲（knee flexion）。
但從解剖位置可以觀察到，股二頭肌的肌腱直接連結到腓骨頭上
因此，當股二頭肌收縮時，除了膝蓋屈曲以外
近端脛腓骨關節（proximal tibiofibular joint）也會同時的被動帶出關節活動。

透過此解剖位置及生物力學機制即可理解
近端脛腓骨關節關節活動度（joint mobility）正常與否，也會交互影響到膝關節的動作情況。

肌肉組織與生物力學分析

大腿前方

股四頭肌(quadriceps)
肌肉收縮時，做出膝蓋伸直（knee extension）的動作。
被罰半蹲最痠的就是這條肌肉。

可細分為四條肌肉：
股外側肌(vastus lateralis)、股直肌(rectus femoris)、股內側肌(vastus medialis)、股中間肌(vastus intermedius)，這四條肌肉最後合成股四頭肌肌腱，接著包裹著髕骨，往下變成髕骨韌帶（patella ligament）。

文章前段有提過PFPS，髕骨股骨疼痛症候群(Patellofemoral pain syndrome)

PFPS造成疼痛的位置，會位在膝蓋的前側，通常是上樓或是下樓會更痛。

當股外側肌與股內側肌的肌肉張力不平衡(太緊繃或是無力)，會造成髕骨的滑動不順。
即有可能造成疼痛。就是所謂的PFPS。

從股骨的結構可觀察到，股骨內/外上髁的大小不同，內側大於外側。
因此，當膝蓋做出彎曲→伸直。
股骨與脛骨之間會被相對的帶出一個旋轉的動作。

此生物力學機制，稱之為
『screw-home mechanism』旋返機制，也有人稱為螺旋歸位機轉

如果此機制出現問題時（旋轉的角度不夠或是過大）
股四頭肌的肌肉用力方式就有可能出現變化
因而造成肌肉張力不平衡，也是造成PFPS的主要原因之一。


大腿外側：

髂脛束(iliotibial tract)，簡稱ITB。

髂脛束（ITB）
是一條長形的筋膜組織，由臀大肌(gluteus maximum s)及闊筋膜張肌（ tensor fasciae latae）一同構成，在大腿的側邊往下延伸，通過股骨外上髁(femoral lateral epicondyle)最後連接到脛骨前外側（lateral tubercle of tibia）

當膝蓋彎曲時(flexion)， ITB會在股骨外上髁(femoral lateral epicondyle)向後滑動
當膝蓋伸直時(extension)，ITB會在股骨外上髁(femoral lateral epicondyle)向前滑動
而這滑動的情況，通常發生在膝蓋彎曲/伸直30度以下。

如果ITB滑動的過於頻繁，反覆在股骨外上髁摩擦，就有可能造成發炎、疼痛。
稱之為ITBS(iliotibial band syndrome) 髂脛束摩擦症候群

ITBS疼痛的位置會在股骨外上髁附近，在膝關節線上方約一吋的位置。

此情況常見於跑者身上，又稱跑者膝。

這邊可以來討論一個問題。
Q：當跑者出現ITBS，伸展髂脛束是不是對的？
A：對，但也不對。

對的原因：當髂脛束被伸展過後，柔軟度變比較好、不那麼緊，就不會磨到，疼痛便會緩解。

但也可以說不對

首先我們要瞭解一件事：
ITBS是一個『現象』，純粹是描述髂脛束與股骨外上髁發生摩擦的情況。

那為何會出現ITBS？
原因相當多，可細分為
1.肌肉群太過緊繃，例如：臀大肌，張闊筋膜肌、大腿後肌，股四頭肌、臀中肌。
2.肌肉力量不足，例如：股四頭肌。
3.骨性結構異常，例如：X型腿、長短腿(症狀通常發生在短的那隻腳),脛骨過度內旋(internal tibial torsion )
4.足踝部的結構異常，進而改變膝關節的生物力學機制，例如：扁平足。

由上述原因可以得知。

髂脛束其實只是個受害者…..放開那個女孩兒～

它是因為相關生物力學機制的錯誤，導致持續摩擦而產生疼痛。

所以，當跑者出現ITBS時。
請諮詢專業人員（專科醫師，物理治療師）
藉由專業評估下肢的完整生物力學機制，才能真正找出問題點。

大腿後側

大腿後肌群(hamstring group)
可細分為兩組肌肉
1.外側～股二頭肌(biceps femoris)
2.內側～半腱肌(semitendinous)、半膜肌(semimembranosus)

肌肉收縮的動作為膝蓋彎曲（knee flexion）及髖關節伸直（hip extension）

在前半段的文章有提到
股二頭肌(hamstring tendon/biceps femoris)的肌腱直接連結到腓骨頭上

當股二頭肌收縮時，除了做出膝蓋彎曲的動作以外，近端脛腓骨關節（proximal tibiofibular joint）也會被動的帶出關節活動。

因此，當這條肌肉太緊或關節活動度差的時候，也會進一步引起膝蓋外側的疼痛。

大腿內側

大腿內收肌群(hip adductor)
肌肉動作為大腿內收（hip adduction）

可細分為：
內收大肌/長肌/短肌(adductor magnus/longus/brevis)，
恥骨肌(pectineus)
股薄肌(gracilis)

只有股薄肌(gracilis)與膝關節比較有直接相關，會造成膝蓋內側疼痛。
其他三條都是屬於髖關節的動作，就暫時不多做介紹。

這邊要討論的是膝蓋內側疼痛
Pes anserinus tendinitis（鵝掌肌腱炎）

鵝掌肌群，其實並不是一條獨立的肌肉。

是由半腱肌(semitendinous)，股薄肌(gracilis)、縫匠肌(satorius)的肌腱，
在膝關節的內側形成「鵝掌肌群」（pes anserinus）。

其功能是在行走、跑步時控制脛骨往外旋轉。
常見於跑者（特別是跑下坡，需要一直減速）、過度的行走都有可能會引起鵝掌肌腱炎。

臨床症狀是膝關節內側4公分的下方、脛骨的上方會有疼痛（疼痛有時會反射至後大腿和背部），用手指按壓會感到壓痛，局部有腫、脹、積水，活動時會痛且越動越痛，上下樓梯困難和疼痛、晚上更痛。

如果跑完山路以後，發現膝蓋內側痛，很有可能是這個部位的問題。


結語：
膝蓋是承接上半身重量、接續足踝作用力的一個關節。
每天必須承受著不同方向的力量去扭它、壓它、蹂躪它…
因此當膝蓋出現疼痛時，問題絕對不會太單純。


這篇文章提供給跑步愛好者做為資料庫
希望可以幫助大家，當出現疼痛問題時
可以明確的與相關專業人員溝通，以尋求正確治療。
並且在疼痛緩解後，擬定進階訓練計畫。

要提醒跑友們，如果您的疼痛問題，正好與文章中描述的症狀相同，請務必諮詢專業人員。

因為雖然症狀相同，但受傷的原因千奇百怪。

請諮詢專業人員，瞭解確實的受傷原因後，再採取治療或是自我伸展訓練。
請大家務必謹記在心。

惟有透過完整的評估治療及訓練，才能無後顧之憂的享受跑步的樂趣。

祝各位跑友身體健康，心想事成。
我們有緣在賽場見。
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文章內圖片均引用自google搜尋所得，圖片版權均屬原作者所有。

下列為引用圖片原始來源，依圖片排列順序列出。

1.http://www.studyblue.com/notes/note/n/appendicular-skeleton/deck/6218597
2.http://www.arthursclipart.org/medical/skeletal/page_07.htm
3.http://www.straightbackphysio.co.uk/BlogRetrieve.aspx?BlogID=3796&CategoryID=43357
4.http://www.myknee.co.kr/?mid=info03
5.http://www.alphachiro.co.uk/news/knee-injury/
6.Magee,Orthopedic Physical Aseeessment ,Third edition
7.http://www.sportstoursinternational.co.uk/blog/Patellofemoral-Pain
8.http://www.joinedagainst.org/new-as-research-on-ptf-joint/
9.http://nwrunninglab.com/it-band-syndrome.html
10.http://lucy.stanford.edu/ant_comp.html
11.http://anatomy2.wikispaces.com/Femur
12.http://www.marcigilbert.com/2011/01/14/the-case-of-the-stubborn-shit-band/
13.http://twrunningnote.wordpress.com/2011/04/15/%EF%BC%9C%E5%B0%8F%E8%BE%AD%E5%85%B817%EF%BC%9E%E8%B7%91%E6%AD%A5%E8%86%9D-runners-knee/
14.http://smart-movement.com/2012/03/20/na-vrhovima-prstiju/
15.http://nwrunninglab.com/it-band-syndrome.html
16.http://lucy.stanford.edu/ant_comp.html
17.http://arabbones.com/patient_edu_more.php?id=326