2014年1月19日 星期日

寫給跑步初心者--膝蓋痛,膝關節解剖學暨生物力學分析

近年跑步已成顯學,各大路跑比賽均是秒殺,

想報上知名路跑賽的機率大概跟考高考一樣難…

有長期跑步習慣的跑者,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?
姿勢不對?
還是訓練量過大?
那我該怎麼辦? 

讓我從物理治療師專業背景,同時也是跑者的角度來分享這篇文章

期待幫助跑者們對自己的膝蓋有初步的瞭解

進而尋求正確的解決方法,享受跑步的樂趣。

以下分成三部分,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。



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。

/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)


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 ligamentACL
後十字韌帶posterior cruciate ligamentPCL

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)

內側副韌帶medial collateral ligmen(MCL)
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à髕骨向下滑動
當膝蓋伸直時à髕骨向上滑動



在髕骨的周圍,可以觀察到有許多軟組織(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),就會造成關節壓力過大,
髕骨與股骨產生摩擦,進而引發疼痛。
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關節動作

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。

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à伸直。
股骨與脛骨之間會被相對的帶出一個旋轉的動作。

此生物理學機制,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。

髂脛束其實是個受害者…..

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(物理治療師、骨科醫師..等),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。

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,問題絕對不會是這麼簡單。


這篇文章提供給跑步愛好者做為資料庫
當疼痛問題出現時
該如何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。

只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。

祝各位跑友心想事成。

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