膝 關 節 是 人 體 中 最 大 且 最 複 雜 的 關 節 ， 主 要 是 由 髕 骨 關 節 與 脛 骨 關 節 所 組 合 而 成 的 ， 負 責 傳 達 力 量 及 提 供 複 雜 的 運 動 技 巧（ 韓 毅 雄 ， 1 9 8 3 ）。 膝 關 節 主 要 由 股 四 頭 肌 群（ 伸 展 ）、
腿 後 肌 群 （ 屈 曲 ） 及 縫 匠 肌 （ 屈 曲 、 外 展 、 內 旋 ） 所 控 制 。 在 登 階 時 ， 腿 部 屈 曲 上 台 階 後 ， 是 依 靠 股 四 頭 肌 施 力 來 使 膝 關 節 伸 直 ， 因 此 ， 股 四 頭 肌 在 膝 關 節 屈 曲 時 的 力 臂 ， 將 影 響 到 登 階 測 驗 時 ， 肌 力 使 用 量 的 大 小 ， 進 而 影 響 到 運 動 量 與 心 跳 。
髕 骨 對 股 四 頭 肌 產 生 力 效 應 的 力 臂 ， 隨 膝 關 節 的 位 置 而
異 ， 當 膝 關 節 完 全 屈 曲 時 ， 股 四 頭 肌 的 有 效 力 臂 最 短 ， 約 只 有 有 效 力 臂 長 的 1 0 ﹪ ， 但 當 膝 關 節 屈 曲 4 5 ° 時 ， 力 臂 約 增 加 3 5 ﹪ ， 而 當 由 4 5 ° 至 完 全 伸 直 間 ， 股 四 頭 肌 必 須 付 出 較 大 的 力 量 以 維 持 等 量 的 力 距 （ F r a n k e l ＆ N o r d i n , 2 0 0 1 ）。 由 此 可 知 ， 當 膝 關 節 呈 9 0 ° 時 ， 股 四 頭 肌 的 肌 力 使 用 最 少 。 根 據 宮 畑 虎 彥 、 高 木 公 三 郎 、 小 林 一 敏 （ 1 9 7 4 ） 指 出 ， 膝 關 節 的 最 小 屈 曲 3 5 ° - 4 5 °（ 以 膝 關 節 內 側 計 算 ）， 最 大 伸 展 1 8 9 ° - 1 3 7 °，
而 膝 關 節 在 9 0 ° 時 ， 負 重 的 平 均 工 作 率 最 大 。 因 此 ， 股 四 頭 肌 可 以 用 較 多 的 力 量 在 支 撐 體 重 上 階 梯 ， 所 以 膝 關 節 在 9 0 ° 時 ， 進 行 登 階 運 動 較 省 力 。 H e l f e t u （ 1 9 8 2 ） 也 指 出 ， 當 腳 穿 9 公 斤 的 長 統 靴 下 垂 ， 膝 關 節 屈 曲 角 度 在 9 0 ° 時 ， 股 四 頭 肌 使 用 的 肌 力 為 0， 膝 關 節 承 受 的 壓 力 也 是 0。 但 是 ， 當 膝 關 節 漸 漸 伸 展 時 ， 膝 關 節 壓 力 會 立 即 增 加 ， 在 3 6 ° 時 ， 壓 力 到 達 體 重 的 1 . 4 倍 。 由 此 可 知 ， 膝 關 節 在 9 0 ° 時 ， 所 承 受 的 壓 力 最 小 。 根 據 K e t t e l k a m p 等 人 在 1 9 7 0 年 分 析 了 膝 關 節 在 日 常 生 活 中 各 種 動 作 的 角 度 發 現 ， 膝 關 節 在 日 常 生 活 中 的 活 動 彎 曲 度 約 為 1 0 0 ° 左 右 ， 上 樓 梯 的 運 動 範 圍 為 0 ° - 8 3 °， 而 下 樓 梯 的 運 動 範 圍 為 0 ° - 9 0 ° （ 韓 毅 雄 ， 1 9 8 3 ）。 根 據 以 上 的 說 明 ， 可 以 發 現 到 受 測 者 站 立 抬 腿 彎 曲 膝 關 節 角 度 在 9 0 ° 時 ， 髕 骨 承 受 壓 力 最 小 ， 所 以 在 登 階 測 驗 時 ， 若 能 使 受 測 者 在 膝 關 節 趨 近 9 0 ° 的 狀 態 下 進 行 ， 將 可 以 減 少 膝 關 節 因 承 受 壓 力 過 大 所 產 生 的 運 動 傷 害 ， 且 符 合 日 常 生 活 上 下 樓 梯 時 之 動 作 ， 降 低 登 階 測 驗 的 難 度 。
受 測 者 下 肢 長 度 不 同 ， 膝 關 節 呈 9 0 ° 時 離 地 高 度 也 不 同 。 以 現 行 的 登 階 測 驗 來 看 ， 3 5 公 分 的 台 階 對 於 身 高 較 高 或 下 肢 較 長 的 人 ， 只 要 較 小 的 膝 關 節 活 動 角 度 就 可 以 上 下 台
階 ， 但 是 ， 對 於 身 高 較 矮 或 下 肢 較 短 的 人 ， 就 必 須 以 較 大 的 膝 關 節 活 動 角 度 才 有 辦 法 登 上 台 階 。 由 此 可 知 ， 身 高 較 高 或 下 肢 較 長 的 人 在 進 行 登 階 運 動 時 ， 其 膝 關 節 屈 曲 角 度 較 小 ， 抬 腿 的 距 離 較 短 ， 所 以 比 身 高 較 矮 或 下 肢 長 度 較 短 者 省 力 ， 導 致 在 進 行 登 階 測 驗 時 ， 身 高 較 高 或 下 肢 較 長 的 人 的 運 動 量 較 身 高 較 矮 或 下 肢 長 度 較 短 者 小 ， 產 生 心 肺 耐 力 較 好 的 假 象 。 H o c k e y （ 1 9 8 9 ） 指 出 哈 佛 登 階 測 驗 的 階 高 過 高 ， 會 對 身 高 較 矮 小 的 受 試 者 不 利 。 根 據 猪 飼 道 夫 （ 1 9 7 7 / 1 9 6 9 ） 指 出 由 H e t t i n g e r 提 的 解 決 方 法 ， 就 是 把 單 腳 放 在 台 階 上 時 ， 腰 和 膝 蓋 兩 者 之 間 的 角 度 成 為 2 1 0 ° 最 為 恰 當 ， 這 是 對 下 肢 長 度 加 以 考 量 ， 也 可 以 說 是 對 於 體 格 不 同 所 做 的 改 變 方 法 。 這 些 因 素 都 是 本 研 究 所 要 探 討 的 重 點 。
根 據 薛 淑 琦 （ 1 9 9 3 ） 的 研 究 發 現 ， 身 高 對 於 登 階 測 驗 並 沒 有 顯 著 的 影 響 ， 但 是 體 能 指 數 卻 有 隨 著 身 高 增 加 而 增 加 的 趨 勢 。 腿 長 部 分 在 3 5 公 分 沒 有 明 顯 的 差 異 ， 但 是 在 4 0 與 3 0 公 分 時 就 有 顯 著 差 異 。 腿 長 與 身 高 之 間 呈 現 正 相 關 ， 表 示 身 高 越 高 的 人 其 腿 長 有 越 長 的 趨 勢 。
黃 彬 彬（ 1 9 7 6 ）以 4 2 位 大 學 男 生 進 行 哈 佛 登 階 測 驗 後 發 現 ， 身 高 、 下 肢 肢 段 長 度 對 於 體 能 指 數 之 間 的 相 關 皆 未 達 顯 著 水 準 。