本體神經肌肉誘發伸展術對全膝關節置換者的膝關節活動度之療效

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國立臺灣大學醫學院物理治療學系暨研究所碩士論文

School and Graduate Institute of Physical Therapy College of Medicine

National Taiwan University Master Thesis

本體神經肌肉誘發伸展術對

全膝關節置換者的膝關節活動度之療效

Effects of Proprioceptive Neuromuscular Facilitation Stretching Technique on Knee Motions in Patients with

Total Knee Arthroplasty – Randomized Control Trials 林訓正

Shiun-Jeng Lin

指導教授：詹美華副教授柴惠敏博士

Advisor: Mei-Hwa Jan, Associate Professor, PT Huei-Ming Chai, Ph.D., PT

中華民國 98 年 7 月

July, 2009

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誌謝

從開始進修到完成碩士學業這幾年，是我人生的一個很大的轉折期，也是我人生中最深刻的一段日子。這期間完成了人生的三件大事：結婚、生子、加上完成學業，所有的生命中重要的里程碑都在短短幾年間一一完成。記得每次報告時老師總不忘調侃我女兒又長大些了，今天能夠順利完成碩士學位，如果沒有身邊許多人的幫忙與協助，在職進修這條路實在走的並不容易。

柴惠敏老師是我人生中期的一位良師與益友，從大學導生、共事、到研究所，

20 年以上的師生情誼，她對我這些年來的提攜與孜孜不倦的教誨，實在無法用簡單的幾句話可以表達。只希望未來我能將我所學，貢獻於教育更多學生與解決更多患者的苦痛，並且如柴老師期盼像貓頭鷹般增添更多智慧。

王淑芬老師則常在報告時給予許多研究的建議與鼓勵，讓我遇上瓶頸時，能夠繼續面對解決研究上的困難。詹美華老師則像媽媽般時常關心我的進度到哪裡，未來的人生規劃又在哪裡。曹昭懿老師看到適合的文獻常會寄給我參考，並且給予我的論文許多指正的意見，另我銘感五內。而江清泉主任，原本是我心目中十分敬畏的一位大師，然而幾次在病房相遇時親切的態度，而且總督促我將成果投稿骨科醫學會，十分感謝他提攜後進的用心。此外感謝鄭素芳主任總是耐心的詢問我研究情況與進展並給我鼓勵，及林居正老師在統計上的指導。

而幫忙我收案的鄭融與郁文，則是我能完成論文的幕後功臣，長達半年以上每個星期包括六、日，幾乎天天都要花費半天時間陪我一起收取資料及治療患者，

感謝他們犧牲了許多時間及精神，讓我的臨床研究中最困難的要受試者一遍遍重

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複測試得以順利完成。而物理治療中心昭瑩的支持，與負責骨科病房明曄的協助下，讓我在收取受試者時能夠隨時掌握目前患者情況。

此外感謝在這些年進修中許多復健部同事的包容與協助，讓我在工作上的事務能夠獲得妥善的安排，而實驗室的學弟妹們，芳郁、瑞敏、毓修、瑞祈、宜蓁、

亞蓉、世瑩、彥樺、伊珊、奕穎和嘉杰則十分謝謝你們每次在會議中不斷的腦力激盪，讓我的論文能不斷的修正與改進。

最後，在進修的這幾年中最辛苦的是我的岳父與岳母，沒有他們的協助照顧家中的小女，我想我很難能順利地兼顧家庭、工作與唸書三方的圓滿，透過這論文的一角，對他們二位致上我最最大的感謝。而我最親愛的老婆美玲，有妳的支持與體諒，我才能在人生的每個段落上，擁有美好的句點，希望我們能攜手共同走過人生每一個階段不同的里程碑。而我的二位寶貝采玨與采薇，妳們長大的速度比我的論文的完成好像快得好多，擁有妳們是我最大的驕傲，這份論文完成的歷程，伴隨著是妳們成長的點點滴滴，這將是我人生中最難忘也是最懷念的一段日子。

記得我的聖嚴師父曾經在他在世之前，提醒我做學問絕對不輕鬆，但是每一個過程與階段都要把他當作一種修行，感謝這些年中陪我度過這段不容易的修行的人，因為有了你們我才能更加成長，你們都是我人生中的大菩薩。

訓正 2009 年 7 月謹誌

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中文摘要

題目：本體神經肌肉誘發伸展術對全膝關節置換者的膝關節活動度之療效

研究設計：隨機雙盲臨床試驗、前瞻性研究

背景：本體神經肌肉誘發伸展術（簡稱PNF 伸展術）為藉由相同的機轉刺激身體的本體受器產生神經抑制機轉來放鬆痙攣肌肉，得以延展肌肉長度的一種伸展技術。過去文獻發現運用PNF 伸展術較被動伸展術更能增加關節活動度，但此類研究多針對健康或肌肉僵硬者，並無針對關節活動受限者研究。在臨床上全膝關節置換者在術後常形成關節活動受限，運用PNF 伸展術可有效地增加關節活動度，

且治療過程中比較不會疼痛；但缺乏實證研究。因此本研究將針對全膝關節置換者，探討運用PNF 伸展術能否改善術後的膝關節屈曲角度、疼痛、膝伸肌肌力、

與下肢功能等問題。

研究目的：探討針對全膝關節置換者在住院期間增加施行PNF伸展術對膝關節屈曲角度、疼痛、膝伸肌肌力與下肢功能在介入前後與術後短期的療效。

研究方法：受試者為單側全膝關節置換者，共計64名，隨機分配為實驗組或控制組各32名，所有受試者皆接受術後物理治療。在住院期間，實驗組每天由物理治療師進行5回合的PNF伸展術，一共3天，而控制組則接受相同時間的被動伸展術

。療效評量包括治療當天的治療前、治療後、出院前、及出院一個月後執行。量測的變項包括膝關節屈曲角度、膝伸肌最大自主等長收縮肌力、膝關節疼痛分數

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、計時行走測試時間、患者自行評估膝部傷害及膝關節炎預後量表等，以評量兩組患者術後關節功能恢復情形。

結果：全膝關節置換者在住院期間接受首次介入後，無論是PNF伸展術或被動伸 展術都能顯著增加膝屈曲角度，但實驗組較控制組能增加更多屈曲角度（p=0.014

），但PNF伸展術可以顯著增加膝伸肌肌力，且在膝屈曲時不會疼痛，優於被動伸展術。而在全膝關節置換者住院期間進行3天的治療介入後，雖然兩組都出現進步 情形，但在出院前實驗組較控制組顯著地增加更多的膝屈曲角度（p=0.001），步 行功能表現及膝功能分數也較佳。而在術後1個月追蹤時，除計時行走測試外，膝屈曲角度在實驗組（115.7±10.2°）顯著大於控制組（104.3±12.4°）（p<0.0001），

且實驗組的膝伸肌肌力也較高、膝屈曲時比較不會疼痛、膝功能較佳。

結論：全膝關節置換者在住院期間運用PNF伸展術可以立即且持續增加膝屈曲角度，在屈曲動作或日常活動時也較不會產生疼痛。同時3天的住院治療即可有效達到出院目標，可以節省治療成本與人力。且在術後一個月即達成過去膝屈曲功能角度的長期目標。本研究為世界首創運用PNF伸展術來增加全膝關節置換者術後療效，研究設計為隨機臨床試驗研究，故其結果可提供臨床應用上有力的實證參考。

關鍵字：本體神經肌肉誘發伸展術、全膝關節置換、關節屈曲角度、肌力、疼痛

、活動功能

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Abstract

Title： Effects of proprioceptive neuromuscular facilitation stretching technique on

knee motions in patients with total knee arthroplasty

Research design： double-blinded randomized control trial, prospective study

Background： Proprioceptive neuromuscular facilitation（PNF） stretching technique

is a therapeutic technique applying the PNF concept and skills to the related muscles

either to increase neuro-inhibition mechanism for releasing muscle spasm and

elongating muscle length, or to increase neuro-excitation mechanism for enhancing

muscle strength. Improvement in range of motion through PNF stretching technique

has been documented superior to other techniques in previous literature, but those

studies have only been done in healthy adults. Less is known in the effect of PNF

stretching on improvement in joint restriction. Range of motion limitation usually

disturbed the patients with total knee arthroplasty. PNF stretching techniques are

commonly used in the treatment for patients with total knee arthroplasty to increase

range of motion effectively and reduce knee pain during exercises. However, there is

no evidence-based research in such a treatment strategy. This research, therefore,

explored application of PNF stretch in changes of knee flexion, pain, muscle strength,

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and function of the lower extremity following total knee arthroplasty.

Purposes： To investigate immediate and short-term effects on angle of knee flexion,

intensity of pain, strength of the knee extensor, and function of the lower extremity by

using PNF stretching technique in patients with total knee arthroplasty as compared to

those using passive stretching technique.

Method： Sixty-four patients who received total knee arthroplasty in National Taiwan

University Hospital were recruited in this study. They were randomly allocated into

either experimental or control groups with 32 participants in each. Conventional

physical therapy programs were given to all participants. Besides, the experimental

group assumed 3-session PNF stretching technique from the third post-operative day to

the day of discharge while the control group receiving same-time passive stretching

technique, instead. The outcome measures were taken before and after the first session

treatment on the same day, on the day of discharge, and one month after the operation.

The variables measured included knee flexion angle measured, maximum voluntary

isometric strength of the knee extensor, pain score, timed up and go test, and Knee

Injury and Osteoarthritis Outcome Score (KOOS).

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Results： The participants who received PNF stretching technique significantly

increased knee flexion angle, enhanced muscle strength of the knee extensor, relieved

pain at knee joint, and improved function of the lower extremities as compared to the

controls, either immediately after PNF stretching, or on the day of being discharged

from the hospital, or at one-month follow-up.

Conclusions：

Immediate increase in knee flexion angle and decrease in pain during motion were

noted for patients receiving unilateral TKA following one-session application of PNF

stretch technique. After receiving three-session treatment during hospitalization, the

knee flexion angle in patients receiving PNF stretch technique was significantly greater

than those receiving passive stretching technique. The fact that PNF stretching

technique achieved their goals for discharge earlier in the experimental group might

save medical cost and manpower. This effect continuing to improve until one-month

follow-up resulted in reaching the condition which was only present one year after

operation in previous literature. This is the first study in the world to apply the PNF

stretching technique in patients with total knee arthroplasty. The

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randomized-control-trial nature of this study provides a strong evidence in clinical

application of PNF technique.

Keywords：proprioceptive neuromuscular facilitation stretching technique, total knee

arthroplasty, range of motion, muscle strength, pain, knee function

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圖目錄

圖3.1 施測者量測受試者膝屈曲角度---57

圖3.2 施測者量測受試者膝伸肌肌力---57

圖3.3 施測者量測受試者計時行走測試---58

圖4.1 受試者收案流程圖---59

圖4.2 不同組別間的屈曲角度之變化---60

圖4.3 不同組別間的疼痛分數之變化---60

圖4.4 不同組別間的膝伸肌肌力之變化---61

圖4.5 不同組別間的計時行走測試時間之變化---61

圖4.6 不同組別間的膝部傷害及膝關節炎預後量表分數之變化---62

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表目錄

表4.1 量測膝屈曲角度與膝伸肌力的施測者內信度及施測者間信度---63

表4.2 受試者的基本資料---64

表4.3 兩組受試者在介入前的療效指標之比較---64

表4.4 兩組受試者在首次介入前後的療效指標之比較---65

表4.5 兩組受試者在三次介入後於出院前的療效指標之比較---65

表4.6 兩組受試者在膝部傷害及膝關節炎預後量表副標度分數的療效指標之比較---66

表4.7 兩組受試者在三次介入後於 1 個月追蹤的療效指標之比較---66

表5.1 過去文獻中全膝人工關節置換者的術後屈曲角度---67

表5.2 過去文獻使用 PNF 伸展術介入的參數與屈曲角度的改變---68

表5.3 過去文獻中使用高屈曲型及標準型全膝關節植入物的術後屈曲角度---69

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第一章、前言

本研究的主題是藉由量測膝屈曲角度、疼痛、膝伸肌肌力、功能表現及功能分數等參數，來探討PNF 伸展術對於全膝關節置換者的影響。本章共分為四節，

將闡述本研究主題的研究問題及其背景、進行本研究的動機與目的，並依此目的提出本研究的假說，以及與本研究相關名詞的定義，各節內容簡述如下：

第一節、研究背景與動機：藉由解釋目前已知與未知的研究現況，說明進行本研究主題的背景與動機，且提出可能的作用機轉

第二節、研究目的：提出本研究的目的與具體目標

第三節、研究問題與研究假說：依據本研究主題的研究目的，提出本研究的虛無假說、對立假說以及具體的研究參數

第四節、名詞解釋：對於本研究有關的各個重要名詞加以定義

第一節、研究背景與動機

全膝關節置換（total knee arthroplasty）者術後早期接受積極且適當的運動對於關節活動及功能的早期恢復影響甚大。過去研究發現早期接受復健訓練介入及設定臨床路徑可以早期恢復功能、減少住院日數及併發症，並能降低醫療支出 (Khan et al., 2008)，而物理治療早期積極介入訓練，可有效降低住院日數，減少住 院費用，並且能提早達成功能的恢復(Munin et al., 1998)，Naylor et al.（2006）則調查住院期間的物理治療包括幾個面向如肌力、柔軟度、耐力及功能訓練，主要以運動治療及步態矯正的方式來達成，而出院標準則以能達成獨立且安全的行走，與膝關節活動度達90°為目標(Naylor et al., 2006)。因此全膝關節置換者在住院

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期間接受早期物理治療介入可以促進關節功能的早日恢復，使之早日回到社會或職場，進而降低醫療成本。

接受全膝關節置換術術後常見的障礙包括關節活動度受限、疼痛及肌肉無力、步行能力變差、與平衡能力下降(Westby et al., 2008)。有學者調查手術後最初的六週患者最在意的問題包括：是否能有足夠膝關節屈曲及伸直角度、膝部是否疼痛、足夠的下肢力量、及能否平穩行走與上下階梯(Rastogi et al., 2007)，Anouchi et al.（1996）認為術後關節活動度是一個重要的預後指標，是膝部功能分數的很重要成分(Anouchi et al., 1996)，而且全膝關節置換術術後均有肌力下降的問題 (Berth et al., 2002)。

全膝關節置換者在住院期間增進關節活動度的方法很多，無論是使用連續性被動活動器（continuous passive motion machine）或採取不同的運動方式，雖然都能增進術後關節活動度，但因各有優缺點而沒有最佳的治療方式。全膝關節置換者在術後通常會進行常規物理治療（conventional physical therapy），包括腳踝幫浦運動（ankle pumping exercise）、膝關節活動運動（knee range of motion exercises）、

膝關節肌力訓練（knee muscle strengthening）、移位或步行訓練（transfer or ambulation training）、助行器（walker）或其他行走輔具（assistive device）的需求評估及複檢。除此之外，亦常使用連續性被動活動器來增進其膝關節活動度。過去有許多研究比較使用連續性被動活動器與單獨採用常規物理治療，發現雖然二者都會增進關節活動度，但大部分研究發現二者的療效並無顯著的不同(Beaupre et al., 2001; Chen et al., 2000)。僅少數研究認為使用連續性被動活動器有短期較佳的 效果(McInnes et al., 1992)，但長期下來關節活動及功能並無明顯的差異(Bennett et al., 2005; Leach et al., 2006)。全膝關節置換者在住院期間運用不同運動方式合併常 規物理治療，則發現無論運用不同的運動方式為何，在6 個月內關節活動度均有

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增加，但同樣地，與單獨的常規物理治療相比較，二者效果並無顯著的差異(Beaupre et al., 2001; Kumar et al., 1996)。

全膝關節置換者在出院後繼續維持或增進關節活動度的方法也很多，但最佳的治療方式同樣的也沒有定論。比較出院後不同的在家運動模式，發現運用電話運動指導與每週2 回門診運動，在關節活動度與功能上無論在短期與長期均沒有差異(Kramer et al., 2003)。此外比較門診積極的運動訓練與在家運動，則發現門診運動組在半年內能有較好的步行能力及功能，但一年後則二者效果並無差異 (Moffet et al., 2004)。Frost et al.（2002）的研究發現無論在家運動模式為何，一年 後追蹤在關節活動度、力量與疼痛上均有顯著進步，採用功能性運動（functional exercise）並未顯示較傳統在家運動有較好的恢復，且手術一年後的活動度較手術前仍未完全恢復至術前關節活動角度(Frost et al., 2002)。

過去物理治療常運用本體感覺神經肌肉誘發伸展術（proprioceptive

neuromuscular facilitation stretching technique，簡稱 PNF 伸展術）能在短期間有效的伸展僵直的肌肉，增進關節活動度，並進而誘發肌肉力量，促使功能早日恢復。

Etnyre et al.（1986）研究發現 PNF 伸展術較被動伸展運動能增加更多關節活動度 (Etnyre et al., 1986a)，苗迺菁 et al.（1990）等人比較 PNF 伸展術的撐放法（hold-relax）

與被動關節運動，發現PNF 伸展術能增加較多在直腿抬高下的髖關節屈曲角度(苗 迺菁 et al., 1990)，Magnusson et al.（1996）在 10 名健康男性，比較 PNF 伸展術 的撐放法與靜態伸展後二組的立即效果，PNF 伸展術後在最大關節活動角度與顯著較靜態伸展大，但肌電活動並未較無差異(Magnusson, Simonsen, Aagaard, Dyhre-Poulsen et al., 1996)。此外過去研究也發現在老年人運用 PNF 伸展術能更有 效的增進膝關節活動度約30%(Ferber et al., 2002)。Rees et al.（2007）等學者則發 現在每週3 次持續 4 週的 PNF 伸展術的撐放縮法（hold relax with agonist contract）

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介入，除了踝關節活動度增加外，並且會增加肌力與力量產生速度（rate of force development）及跟腱勁度（stiffness）(Rees et al., 2007)。

然而過去PNF 伸展術對於全膝關節置換者的療效並未有實證研究。故本研究的目的在於探討全膝關節置換者在住院期間除常規物理治療外，增加PNF 伸展術是否能較被動伸展方式輔以常規物理治療更能增進早期關節活動度與功能的恢復。

第二節、研究目的

針對全膝關節置換者於住院期間，除施以常規物理治療外，探討增加PNF 伸展術或增加被動伸展方式間療效的差異。其具體研究目標如下：

1. 探討二組不同治療方式對膝關節屈曲角度在治療前後或短期之差異。

2. 探討二組不同治療方式對膝屈曲時的疼痛在治療前後或短期之差異。

3. 探討二組不同治療方式對膝伸肌肌力在治療前後或短期之差異。

4. 探討二組不同治療方式對下肢的功能表現在短期之差異。

5. 探討二組不同治療方式對膝關節功能分數在短期之差異。

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第三節、研究問題與研究假說

研究問題一：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或被動伸展術，在不同的時間點是否會影響膝屈曲角度？

虛無假說一：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或接受被動伸展後，在施以治療前後、出院前、術後一個月的膝關節屈曲角度並無差異，且兩組間的屈曲角度亦無差異。

對立假說一：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或接受被動伸展後，在施以治療前後、出院前、術後一個月等三個時間點的膝關節屈曲角度至少有一時間點有差異，或兩組治療間的屈曲角度有差異。

研究參數一：自變項是接受PNF 伸展術或接受被動伸展術，依變項是膝關節屈曲角度，量測治療前、後、出院前、術後一個月等四個時間點。

研究問題二：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或被動伸展術，在不同的時間點是否會影響膝屈曲時的疼痛程度？

虛無假說二：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或接受被動伸展後，在施以治療前後、出院前、術後一個月的膝屈曲時的疼痛分數並無差異，且兩組間的膝屈曲時的疼痛分數亦無差異。

對立假說二：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或接受被動伸展後，在施以治療前後、出院前、術後一個月等三個時間點的膝屈曲時的疼痛分數至少有一時間點有差異，或兩組治療間的膝屈曲時的疼痛分數有差異。

研究參數二：自變項是接受PNF 伸展術或接受被動伸展術，依變項是膝屈曲時的疼痛分數，量測治療前、後、出院前、術後一個月等四個時間點。

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研究問題三：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或被動伸展術，在不同的時間點是否會影響膝伸肌肌力？

虛無假說三：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或接受被動伸展後，在施以治療前後、出院前、術後一個月的膝伸肌肌力並無差異，且兩組間的膝伸肌肌力亦無差異。

對立假說三：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或接受被動伸展後，在施以治療前後、出院前、術後一個月等三個時間點的膝伸肌肌力至少有一時間點有差異，或兩組治療間的膝伸肌肌力有差異。

研究參數三：自變項是接受PNF 伸展術或接受被動伸展術，依變項是膝伸肌肌力，

量測治療前、後、出院前、術後一個月等四個時間點。

研究問題四：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或被動伸展術，在不同的時間點是否會影響行走速度？

虛無假說四：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或接受被動伸展後，在施以治療前、

出院前、術後一個月的計時行走測試時間並無差異，且兩組間的計時行走測試時間亦無差異。

對立假說四：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或接受被動伸展後，在施以治療前、

出院前、術後一個月等三個時間點的計時行走測試時間至少有一時間點有差異，或兩組治療間的計時行走測試時間有差異。

研究參數四：自變項是接受PNF 伸展術或接受被動伸展術，依變項是計時行走測試時間，量測治療前、出院前、術後一個月等三個時間點。

研究問題五：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或被動伸展術，在不同的時間點是否會影響膝部功能？

虛無假說五：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或接受被動伸展後，在施以治療前、

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出院前、術後一個月的膝部傷害及膝關節炎預後量表分數並無差異，

且兩組間的膝部傷害及膝關節炎預後量表分數亦無差異。

對立假說五：全膝關節置換者接受PNF 伸展術或接受被動伸展後，在施以治療前、

出院前、術後一個月等三個時間點的膝部傷害及膝關節炎預後量表分數至少有一時間點有差異，或兩組治療間的膝部傷害及膝關節炎預後量表分數有差異。

研究參數五：自變項是接受PNF 伸展術或接受被動伸展術，依變項是膝部傷害及膝關節炎預後量表分數，量測治療前、出院前、術後一個月等三個時間點。

第四節、名詞解釋

以下為本論文出現的重要名詞的解釋，依英文字母的順序排列。

常規物理治療 (Conventional Physical Therapy)：

特指接受全膝關節置換者在術後接受物理治療的運動項目：包括腳踝幫浦運動、壓腿運動、直腿抬高運動、主、被動膝關節活動運動、床上活動運動、步行訓練、以及上下階梯訓練等。

連續性被動活動器 (Continuous Passive Motion Machine)：

特指接受全膝關節置換術後可以連續活動膝關節，避免關節僵硬及增進關節活動所使用的儀器。

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本體神經肌肉誘發伸展術 (Proprioceptive Neuromuscular Facilitation Stretching Technique，簡稱 PNF 伸展術)：

藉由刺激本體受器（proprioceptors）來強化或加速神經肌肉反應的一種伸展技術，本研究所使用的方法為撐放縮法（hold relax with agonist contract）。

被動伸展術（Passive Stretching Technique）：

特指由介入者施加外力以被動的方式延展肢體肌肉、關節的一種技術。

全膝關節置換術 (Total Knee Arthroplasty)：

將破壞的膝關節以人工植入物取代的一種關節手術。

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第二章、文獻回顧

本章共分為四節，將分別闡述在過去文獻中，有關全膝關節置換術後接受物理治療對膝關節活動度的效果，以及全膝關節置換術後常見的關節活動度及肌力的缺失情形，以整理過去文獻所得知的恢復情形。並且闡述本體神經肌肉誘發伸展術可能的機轉，與整理在不同介入參數下的效果。

第一節、全膝關節置換術後物理治療對膝關節活動度的影響：詳述過去有關全膝關節置換者接受物理治療後的研究，以瞭解有關術後物理治療對膝關節活動度之療效或仍不清楚的部分。

第二節、全膝關節置換術術後關節活動度的缺失與恢復：敘述過去有關全膝關節置換者術後在不同時間點時的關節活動度的缺失與恢復情形。

第三節、全膝關節置換術術後肌力的缺失與恢復：敘述過去有關全膝關節置換者術後在不同時間點時的膝伸肌肌力的缺失與恢復情形。

第四節、本體神經肌肉誘發伸展術的機轉與效果：了解本體神經肌肉誘發伸展術可能的機轉與介入後的效果

第一節、全膝關節置換術後物理治療對膝關節活動度的影響

接受全膝關節置換者於術後住院期間多採用常規物理治療或連續性被動活動器，來協助患者恢復膝關節活動度及功能。傳統上物理治療師介入常用的運動治療項目，包括腳踝幫浦運動可以避免血栓形成，並有助消除下肢腫脹；壓腿運動則能減少膝關節周邊肌肉及關節的腫脹，同時能增進膝伸肌肌力，並且可減少術後屈曲攣縮發生的機會；直腿抬高運動則有助膝伸肌與髖屈肌的肌力；主、被動

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生；床上活動運動與移位訓練有助患者在床上與輪椅或座椅間可以順利移動位置；而步行訓練以及上下階梯訓練則以訓練患者安全完成日常生活行動功能所需為目標(Kisner et al., 2002)。

全膝關節置換者於術後早期住院期間，經常使用連續性被動活動器來協助患者恢復關節活動度，過去研究認為可以減少術後疼痛、促進傷口癒合、減少深層靜脈栓塞。Salter 在 1970 年首先提出運用連續性被動活動器的概念，來取代被動關節運動的人力，並於1980 年發表對於治療關節軟骨損傷的報告(Salter et al., 1980)，而 Coutts et al.（1983）則首先提出對於全膝關節置換者使用連續性被動活動器在復健運動的角色，並且發現能增進關節活動度及減少住院日數(Coutts et al., 1983)。

對於全膝關節置換者使用連續性被動活動器合併常規物理治療與單獨採取常規物理治療相比較，有部分學者發現合併治療在住院期間可以短期增加關節活動度，但亦有部分學者發現二者並沒有差異。Milne et al.（2003）在文獻回顧中發現連續性被動活動器合併物理治療約增加膝關節主動屈曲角度4.3°，且減少住院日數 0.7 天，有增進短期被動屈曲角度的效果(Milne et al., 2003)。McInnes et al.（1992）

發現全膝關節置換者接受連續性被動活動器，在住院期間可以增進關節主動屈曲活動度及降低水腫，並且可以減少醫療支出(McInnes et al., 1992)。有研究顯示使用連續性被動活動器可以增進全膝關節置換者住院第五天時的主被動屈曲關節活動度(Bennett et al., 2005)。但是也有研究對於接受全膝關節置換者在住院期間使用連續性被動活動器合併常規物理治療，發現無論在術後第3、第 7 天及出院日與單獨常規物理治療並無顯著差異(Chen et al., 2000)。而比較連續性被動活動器合併常規物理治療與單獨常規物理治療，全膝關節置換者在出院時屈曲角度上並無顯著差異(Denis et al., 2006)。Leach et al.（2006）使用每天 2 回、每回 1 小時連續性被動

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活動器合併常規物理治療與單獨常規物理治療，發現接受全膝關節置換者在出院時的關節活動度與疼痛在這二組均無顯著的差異(Leach et al., 2006)。

所有研究均顯示連續性被動活動器在長期觀察下，對關節活動度的改變，與其他運動治療的結果相仿，並無明顯差異(Bennett et al., 2005)。全膝關節置換者有無接受連續性被動活動器，在術後6 週後二組間無顯著差異(McInnes et al., 1992)。

而且有無接受連續性被動活動器在三個月及一年後對全膝關節置換者無顯著療效 (Bennett et al., 2005)。Leach et al.（2006）則追蹤全膝關節置換術後 6 週、6 個月、

12 個月的關節活動度與疼痛，不論有無接受連續性被動活動器二組間均無差異 (Leach et al., 2006)。

此外，每日使用連續性被動活動器時間的長短，對關節活動度也沒有太大影響。Denis et al.（2006）比較使用不同時間長度的連續性被動活動器（2 小時、0.5 小時）合併常規物理治療與單獨常規物理治療，發現對全膝關節置換者出院時屈曲角度、功能的表現或功能分數三組間並無差異(Denis et al., 2006)。

物理治療師針對接受全膝關節置換者在住院期間雖設計各類增進關節活動度的復健運動，但一樣地，對於關節活動度的增進，在術後6 個月內關節活動度雖均有增加，但各組間的療效都無顯著差異。Beaupré et al.（2001）的研究中設計自製滑動板（slide board）做關節活動運動合併常規物理治療、連續性被動活動器合併常規物理治療，及單獨接受常規物理治療，對全膝關節置換者在3 個月及 6 個月的療效上，無論在關節活動度及功能三組間並無明顯不同(Beaupre et al., 2001)。

Kumar et al.（1996）等學者對於早期關節屈曲運動（drop and dangle）合併常規物理治療與連續性被動活動器合併常規物理治療相比較，發現全膝關節置換者無論在術後5 天、6 週到 6 個月，二組在屈曲角度上並無差異，但在 6 個月時早期關節

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屈曲運動組在關節伸直角度較大(Kumar et al., 1996)。

接受全膝關節置換者出院後的運動方式，通常建議在家自行運動，或轉介接受門診物理治療訓練，而如果執行確實追蹤及指導下的居家運動，則發現與在門診的積極訓練的結果，在關節活動度上的差異並不大，但傾向以功能性運動方式效果稍好。Kramer et al.（2003）比較出院後每週 2 回臨床運動與物理治療師電話運動指導在家運動，在12 週與 52 週追蹤後發現，無論在屈曲角度、6 分鐘行走測試及WOMAC 功能分數上都沒有差異(Kramer et al., 2003)。Moffet et al.（2004）等 學者研究接受全膝關節置換術2 個月後，比較積極 12 回合復健運動與自行居家運動2 組，積極復健組 6 分鐘的步行距離在半年內都較居家運動組佳，但一年後則二者療效並無差異(Moffet et al., 2004)。Frost et al.（2002）等學者則比較二種不同的居家運動模式，二種運動追蹤一年後全膝關節置換者無論在關節活動度、力量與疼痛上均有顯著進步，但二種居家運動間的療效未達統計上差異(Frost et al., 2002)。

第二節、全膝關節置換術後關節活動度的缺失與恢復

接受全膝關節置換術後產生關節僵硬（stiffness）是一個重要的預後指標。關節僵硬係指關節活動受限，為一種關節失能的後遺症，過去研究認為發生率約在為1.3～12%之間。發生率會有這樣大的差距的理由可能在於各研究對關節僵硬的定義不一，大多定義膝關節屈曲角度小於90°(Daluga et al., 1991; Gandhi et al., 2006;

J. Kim et al., 2004; Kucera et al., 2007; Scranton et al., 2001)。在較早期的全膝關節置 換術術後的關節僵硬發生率為8～12%(Daluga et al., 1991)。Scranton et al.定義為屈 曲角度小於85°，發生率為 10.4%(Scranton et al., 2001)。Kim et al.定為屈曲角度小

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於75°或膝伸直角度不足 15°以上，發生率為 1.3%(J. Kim et al., 2004)。因此減少術 後關節僵硬是全膝關節置換術後復健的一個重要課題。

接受全膝關節置換者術後短期恢復的情況，在出院時（約5 天至一週）的膝關節屈曲角度介於80~90°間，到術後一個月至六週時則約為 100~105°。過去的研究發現住院時以滑動板及連續性被動活動器協助運動，在出院時（5~7 天）時膝關節屈曲角度為83~87°(Leach et al., 2006)。而運用常規物理治療或合併連續性被動 活動器，出院時（7~8 天）時主動屈曲角度為 79~83°(Denis et al., 2006)。此外，使用連續性被動活動器合併常規物理治療或單獨常規物理治療出院時被動屈曲角度為87~90°(Chen et al., 2000)。Beaupré et al.（2001）運用自製滑動板做關節活動運 動合併常規物理治療與連續性被動活動器合併運動及單獨運動相較下，出院時

（5~7 天）主動屈曲角度為 61~65°(Beaupre et al., 2001)。Kumar et al.（1996）運用早期關節屈曲運動合併常規物理治療與連續性被動活動器合併常規物理治療，出院時（第5 天）被動屈曲角度為 83~85°(Kumar et al., 1996)。各研究於出院後數週 關節活動度的變化也十分近似。Leach et al.（2006）的研究在術後 6 週時屈曲角度為102~105°(Leach et al., 2006)。而 Kumar et al.的研究顯示在術後 6 週時被動屈曲 角度為105°(Kumar et al., 1996)。由於出院前與出院後可以獲得的醫療資源不同，

一般對膝關節活動度的研究都會在出院前評估，並作為日後預後的參考。

而全膝關節置換者術後長期的屈曲角度約在半年至一年間達高峰，不易再有顯著的進展，過去研究大多維持在100~115°之間。Anouchi et al.術後追蹤一年時屈曲角度為107°，2 年為 106°(Anouchi et al., 1996)。Ritter et al.術後追蹤在 6 個月為 110.6°，一年後為 112.6°，也是進展不大，1～5 年間角度相差不多(Ritter et al., 2003)。Leach et al.的研究在 6 個月時屈曲角度為 107~109°，一年為 113~115°(Leach et al., 2006)。Bennet et al.發現住院期間接受常規物理治療與連續性被動活動器，一

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年後追蹤時的屈曲角度為102°(Bennett et al., 2005)。

接受全膝關節置換者在第一個月內關節屈曲角度的恢復十分重要，由過去研究顯示，術後屈曲角度的恢復情況以術後第一個月內最為快速，三個月到六個月期間呈現緩慢增加，但也有研究發現三個月到一年間角度變化不大，而術後一年以上則關節活動度趨於穩定，幾乎不易有臨床上顯著的增加。住院期間接受物理治療與不同方式連續性被動活動器介入，三個月時屈曲角度為 94~96°，一年時則為102°(Bennett et al., 2005)。Beaupré et al.（2001）無論是採連續性被動活動器或 滑動板在 3 個月主動屈曲角度為 91~96°，6 個月時則為 94~98°(Beaupre et al., 2001)。Kumar et al.（1996）發現在住院早期屈曲運動的介入，術後 3 個月時被動屈曲角度已達高峰111~115°，而術後 6 個月後變化並不顯著為 114~115°(Kumar et al., 1996)。Kramer et al.（2003）比較出院後每週 2 回臨床運動與物理治療師電話 運動指導二者，術後 3 個月被動屈曲角度均趨於平穩為 100°，而一年後進展不大為100~104°(Kramer et al., 2003)。Frost et al.（2002）比較二種在家運動的不同方式，

術後 3 個月屈曲角度為 95～97°，術後 6 個月為 102°，術後一年亦無甚大變化為 103°(Frost et al., 2002)。因此，在追蹤全膝關節置換者屈曲角度的恢復情形，短期 療效至少要一個月，而長期的療效至少要一年。

膝關節屈曲角度如能儘早到達關節角度恢復的高峰值，且角度能大於術前屈曲角度是訓練上一個很重要的挑戰。儘管在過去許多有關接受全膝關節置換者長期的追蹤，發現膝關節屈曲角度的恢復多介於 95~115°間(Anouchi et al., 1996;

Banks et al., 2003; Griffin et al., 1998; Insall et al., 1983; Kumar et al., 1996; Li et al., 2007; Lizaur et al., 1997; Miner et al., 2003; Ritter et al., 2003; Ritter et al., 1979)。根 據過去的研究發現全膝關節置換者關節活動度的恢復，術後的關節屈曲角度往往小於術前屈曲角度(Ritter et al., 1979)。且關節角度的恢復傾向於集中(Li et al.,

(29)

2007)，即術前角度小者增加角度大，術前角度大者增加角度則反而較小(Anouchi et al., 1996)。

影響全膝關節置換者術後屈曲角度的因素很多，最主要的預測因子為術前的關節屈曲角度(Anouchi et al., 1996)，其他術前的因子包括肥胖、腿圍、關節位置、

年齡及診斷，其他如術中的因子包括手術的方式，而術後的因子則包含復健的配合度與疼痛的忍受度(Dennis et al., 2007)。過去的文獻呈現接受全膝關節置換術在術前有較好的屈曲角度或活動度，術後也呈現較佳的屈曲角度及活動度，而術前角度小於75°則恢復較差(Ritter et al., 1979)。Kawamura et al.（2001）也發現相同結 果(Kawamura et al., 2001)。Parvizi（2006）發現術前膝關節屈曲角度大，術後僵硬的機率小(Parvizi et al., 2006)。而 Ritter 與 Li 都認為術前膝關節屈曲角度是術後屈曲角度最強的預測因子(Li et al., 2007; Ritter et al., 2003)。

至於接受全膝關節置換者本身的肥胖及腿圍會不會影響關節活動度與功能的恢復，各研究眾說紛紜。有學者研究認為身體質量指數（body mass index）不影響術後關節活動度(Anouchi et al., 1996; Kawamura et al., 2001)，但腿圍較大會影響術後屈曲角度的恢復(Laskin et al., 2004)。Vincent et al.（2006）則發現肥胖不影響術後功能的恢復(Vincent et al., 2006)。

此外，過去研究探討影響全膝關節置換術患者術後屈曲角度的因素還包括患者的關節位置、年齡或診斷，其中部份研究支持會影響術後關節活動度，但另一部份的研究則認為並無影響。Parvizi et al.（2006）的研究發現髕骨下移、術後僵硬的機率大(Parvizi et al., 2006)。而且術前有關節內、外翻（valgus or varus），則術後屈曲角度也較小(Kawamura et al., 2001)。Ritter et al.（2003）則提出術前關節內外翻、年齡均是預測因子，而診斷則不是術後關節活動度的預測因子(Ritter et al.,

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2003)，而 Li et al.（2007）的結論則不同於前者，發現年齡是術後關節活動度預測因子，但關節內外翻則不是(Li et al., 2007)。Anouchi et al.及 Kim et al.都認為年齡與診斷均不影響術後關節活動度(Anouchi et al., 1996; J. Kim et al., 2004)。

第三節、全膝關節置換術後肌力的缺失與恢復

接受全膝關節置換者的膝伸肌肌力術後初期會顯著下降，在術後第一個月只能恢復到術前等長肌力的38~78%，或為健側之 32~60%，至少必須約 3~6 個月才可以恢復到與患側術前相同的肌力，且約需一年以上才有辦法恢復到與健側肌力相同大小。且肌力的下降與肌肉自主活化程度（muscle voluntary activation）降低及肌肉截面積的減少有關，但與運動時的疼痛無關(Mizner, Petterson, Stevens, Vandenborne et al., 2005; Rossi et al., 2005; Stevens et al., 2003)。Stevens et al.（2003）

發現接受居家物理治療2~3 週指導下，術後一個月等長肌力為術前肌力的 40%，

但術後一個月肌肉自主活化程度約下降17%，是肌力下降的主因(Stevens et al., 2003)，Minzer et al.（2005）亦發現在居家物理治療 2~3 週指導下，術後一個月等長肌力為術前的38%，自主活動約減少 17%，肌肉截面積約減少 10%，以上述二因素約可解釋85%肌力下降原因，肌肉收縮的疼痛則術前術後並無差異(Mizner, Petterson, Stevens, Vandenborne et al., 2005)，Rossi（2005）等學者研究發現全膝關 節置換者在8 週阻力訓練下，接受等速肌力測試，術後一個月為術前肌力的 67~78%，且慢速肌力下降程度較大，二個月可恢復等速肌力到與術前相同(Rossi et al., 2005)。

在術後3~12 個月期間，接受全膝關節置換者患側膝伸肌肌力均有增加，以第 1 到 3 個月間進步速度最快，約由健側肌力的 30%逐漸增加至 70%的程度，且約 3

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個月時等速肌力可恢復至術前肌力相當，而約6 個月時則等長肌力可恢復與術前相當(Lorentzen et al., 1999)。但若一年後則患肢肌力增加較不顯著，約恢復至與健側等長肌力相當，但與同年齡健康人相比仍然較無力，約相當於健康人肌力的 70%(Yoshida et al., 2008)，且肌力的恢復以早期接受物理治療積極訓練，術後的患 側肌力恢復較快。Yoshida et al.（2008）研究接受 2~3 週居家物理治療指導及 6 週門診物理治療後，全膝關節置換者術後3 個月患側等長肌力約為健側的

67%(Yoshida et al., 2008)，Rossi et al.（2005）的研究在 8 週阻力訓練下，接受等速 肌力測試，可在二個月內恢復與術前肌力相同，相當健側肌力60%(Rossi et al., 2005)，Minzer et al.（2005）的研究全膝關節置換者接受 2~3 週居家物理治療指導及6 週門診物理治療後，術後 3 個月患側等長肌力約為健側肌力 65%(Mizner &

Snyder-Mackler et al., 2005)，Gapeyeva et al.（2007）於門診追蹤半年，術後 6 個月 患側等長肌力與術前肌力相同，但仍只有健側肌力的68%(Gapeyeva et al., 2007)，

而在門診追蹤二年未積極復健訓練下，術後3~6 個月間的等速肌力可恢復與術前相同，術後一年肌力進步就很緩慢，但即使2 年後股四頭肌肌力仍無法恢復至與健側相同(Berman et al., 1991)，王淑芬等學者（1995）的研究發現在術後僅接受住院期間常規物理治療，在術後6 個月時膝伸直等長肌力仍顯著小於健側，且等速肌力測試也均明顯小於健側(王淑芬 et al., 1995)。此外，女性全膝關節置換者在術後未有積極肌力訓練，追蹤發現術後6 個月的膝伸直等長肌力仍未達術前肌力，

且無論膝伸肌肌力或膝屈曲肌力均小於健側(王淑芬 et al., 2004)。

而全膝關節置換者術後一年的膝伸肌肌力患側約恢復至與健側等長肌力相當，但與同年齡健康人相比仍然較無力，約相當於健康人肌力的70%(Yoshida et al., 2008)。根據過去研究發現在術後 1~3 年內患側大多可恢復至健側肌力相同，而健側肌力則無顯著改變，且與同年齡的健康人相比較下，無論患側或健側的肌力均無法恢復至健康者相同的肌力(Berth et al., 2002)，Berman et al.（1991）則指出即

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使2 年後股四頭肌肌力仍無法恢復至與健側相同(Berman et al., 1991)，而研究追蹤 發現術後2 年以上，膝伸肌的等長肌力為健康人的 70%(Silva et al., 2003)。

膝伸肌無力往往是影響接受全膝關節置換術者術後步態的重要原因(Mizner, Petterson, & Snyder-Mackler et al., 2005; Mizner, Petterson, Stevens, Axe et al., 2005;

Mizner & Snyder-Mackler et al., 2005)，當肌力恢復則步態將變得更為對稱，且膝關 節功能表現與功能分數也隨之進步(Yoshida et al., 2008)。過去研究發現膝伸肌術前肌力可預測一年後的功能表現，且術後肌力與功能表現呈中高度相關，Mizner et al.

（2005）發現術前膝伸肌肌力可預測一年後的功能表現，包括計時行走測試及上階梯測試，但無法預測膝功能問卷分數（KOS）的進展(Mizner, Petterson, Stevens, Axe et al., 2005)，Yoshida et al.（2008）則發現患者術後 3 個月到 1 年膝伸肌肌力 與功能表現，包括計時行走測試、上階梯及6 分鐘行走測試呈中高度相關，且在由計時行走測試的功能表現與健側肌力較患側相關性更高(Yoshida et al., 2008)，

Silva（2003）發現接受全膝關節置換者，術後 2 年的膝伸肌肌力與膝功能分數（KSS）

呈現中度正相關(Silva et al., 2003)。

第四節、本體神經肌肉誘發伸展術的機轉與效果

本體神經肌肉誘發技術在醫療界使用已逾50 年的時間，隨著理論發展與治療技術的純熟，所運用的範圍越來越廣泛。本體神經肌肉誘發技術定義為藉由人體組織的本體受器的刺激來強化或加速神經肌肉反應的一種技術(Voss et al., 1985)。

神經肌肉誘發與抑制的理論最早可追溯至1947 年 Sherrington 的研究，認為收縮主動肌（agonist）會伴隨同步抑制其拮抗肌（antagonist）收縮，而肌肉放鬆來自這項神經肌肉的特性。1951 年 Kabat and Knott 共同發展出本體神經肌肉誘發治療技

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術(Voss et al., 1985)，Knott and Voss 於 1956 年出版第一本本體神經肌肉誘發技術的書籍。此種技術最初用於小兒麻痺者的復健治療，或藉由促進興奮機轉刺激無力的肌肉，以增進肌肉力量(Voss et al., 1985)。爾後，本體神經肌肉誘發技術運用範圍越來越廣泛，可協助中風患者動作的誘發，骨科患者攣縮的舒緩，與運動員的肌肉伸展等。

本體神經肌肉誘發伸展技術經常使用的技術有四種，包括（1）撐放法（hold relax）其動作是將欲伸展的肌肉，即目標肌肉(target muscle)，被動的擺放在一個伸展的位置，緊接著讓目標肌肉作一定時間的最大等長收縮（isometric

contraction），隨後放鬆目標肌肉的伸展方式；（2）縮放法（contract relax）的動作是將欲伸展的肌肉，被動的擺放在一個伸展的位置，緊接著讓目標肌肉作一定時間的等張收縮（isotonic contraction），隨後放鬆目標肌肉的伸展方式；（3）撐放縮法（hold relax with agonist contract）其動作是將欲伸展的肌肉，被動的擺放在一個伸展的位置，緊接著讓目標肌肉作一定時間的最大等長收縮(isometric

contraction)，隨後放鬆目標肌肉，並且立即讓主動肌（agonist muscle）收縮並且活動至最終伸展位置，並在此位置維持一段時間：（4）縮放縮法（contract relax with agonist contract）其動作是將欲伸展的肌肉，被動的擺放在一個伸展的位置，緊接著讓目標肌肉作一定時間的等張收縮，隨後放鬆目標肌肉，並且立即讓主動肌收縮，並且活動至最終伸展位置，並在此位置維持一段時間(Surburg et al., 1997)。當完成上述一次的動作時，中間需適當休息，並且在重複數次動作後，目標肌肉即可獲得較大伸展長度(Sharman et al., 2006)。

早期認為運用PNF 伸展術能伸展肌肉長度的機轉，可能來自二種機轉，一為稱為交互抑制(reciprocal inhibition)，另一為自體抑制（autogenic inhibition）。最近的研究則認為可能改變肌肉與肌腱的黏彈性質 (viscoelastic properties)及改變伸展

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時感覺或對疼痛耐受度提高等兩種機轉。

當肌肉自主收縮時會減少拮抗肌的活動，即所謂的交互抑制，肌肉主動收縮時，來自大腦的收縮指令到達脊髓的α 運動神經元(α motor neuron)，隨即釋出神經衝動，使肌肉收縮，當肌肉纖維收縮時，牽拉到肌肉內的肌梭(muscle spindle)，藉由Ia 傳入神經（Ia afferent）將抑制訊息傳入脊髓，並且在脊髓內分為兩支，一者將抑制訊息傳回主動肌，減少主動肌繼續收縮，另一訊息則傳入Ia 抑制聯絡神經元，並與下行主動訊息合併，抑制拮抗肌運動神經衝動，從而使拮抗肌能進一步伸展，可藉由肌肉的收縮，達到拮抗肌放鬆、伸展的目的。而自體抑制指當肌肉收縮或被伸展時會降低肌肉本身的興奮性（excitability），肌肉收縮造成其肌腱的高爾基氏肌腱器(Golgi tendon organs)受牽拉產生抑制神經衝動的訊號，藉由 Ib 傳入神經進入脊髓，並由Ib 抑制聯絡神經元（Ib inhibitory interneuron）將神經抑制訊息傳達至α−運動神經元(motor neuron)，進而減少其對同一肌肉上傳出神經衝動，而降低肌肉的收縮，使收縮的肌肉得以放鬆，此一抑制肌肉收縮機轉有助於該肌肉本身的伸展(Sharman et al., 2006)，此種二種抑制反應被認為是 PNF 伸展法的機轉。而上述兩種機轉通常是運用肌電圖與Hoffman-反射來測量伸展後的反應，並用於評估運動神經元池(motor neuron pool )的興奮度。

過去研究多發現支持PNF 伸展術較被動伸展更能增加關節活動度，可能是肌肉放鬆的結果，但亦有學者認為不是。Etnyre et al.（1986a）研究發現 PNF 伸展術較被動伸展運動更能增加關節活動度，主要的原因可能是交互抑制反應的結果 (Etnyre et al., 1986a)。被動伸展後 Hoffman-反射並無差異，但在 PNF 伸展後則呈 現Hoffman-反射下降的情形，下降時間約持續 2 秒鐘(Etnyre et al., 1986a, et al., 1986b)。Moore et al.（1991）的研究發現以次大等長收縮後，Hoffman-反射下降平均約下降67%，最大的下降發生在 1 秒內，約在 10 秒後回復 90%，表示等長收縮

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後確實有段時間產生肌肉放鬆的效果(Moore et al., 1991)。然而 Osternig et al.

（1987；1990）則發現主動肌收縮伸展能更有效的增進活動度，但肌電活動卻反而平均增加8~43%，而非放鬆的反應(Osternig et al., 1987; Osternig et al., 1990)。

Feber et al.（2002）也發現在老年人運用 PNF 伸展術的撐放縮法能更有效的增進活動度約29~34%，然而肌電活動卻增加 65~119%，故在老年人使用時需十分謹慎以避免受傷(Ferber et al., 2002)。Magnusson 在 10 名健康男性，比較 PNF 伸展術的撐放法與靜態伸展二組結果，放鬆伸展組在最大關節活動角度及末端角度被動力矩均較靜態伸展大，肌電活動則二組間則無差異，顯示關節活動度變大並非因肌肉放鬆所造成的(Magnusson, Simonsen, Aagaard, Dyhre-Poulsen et al., 1996)。

黏彈特性（viscoelasticity）指如果物質在固定的負載（load）或變形（deformation）

下，其反應會隨著時間而改變，而人體內的肌肉與肌腱均具有黏彈特性(Nordin et al., 2001)。對於肌肉肌腱的黏彈特性而言，在延展時必須使用緩慢一致的力量，以避免長度的快速改變，而引起肌梭刺激，導致肌肉收縮反應。在相同負載的伸展下，

肌肉肌腱所產生的阻力會隨時間增加而減少，此現象稱之為應力鬆弛（force relaxation or stress relaxation）。假使伸展肌肉肌腱的力量維持固定不變，則肌肉肌腱長度會隨時間增加而變長，稱為潛變現象（creep deformation）(Lederman et al., 1997)。故根據上述肌肉肌腱的黏彈特性，如要證實在 PNF 伸展後肌肉與肌腱的黏彈特性改變確實存在，唯有在肌電活動未改變狀況下，在相同的關節角度下肌肉肌腱單元的勁度下降，或在相同的勁度下具有較大的角度。Magnusson et al.（1996）

等學者在10 名健康男性以 PNF 伸展術與被動伸展術做比較時，PNF 伸展術在關節活動度上增加較多，在活動度末端的被動力矩增加很快且較大，但在一固定角度下量測被動力矩則二者間並沒有差異，故對肌肉柔軟度而言二者並沒有差異 (Magnusson, Simonsen, Aagaard, Dyhre-Poulsen et al., 1996)。另外在脊髓損傷患者與 正常人比較，被動伸展90 秒後二組均出現被動阻力下降，但健康控制組在最大阻

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力值較大，然而肌電活動無論在二組間或伸展前後都無差異，故呈現出黏性特質的肌肉肌腱力量舒緩現象(Magnusson, Simonsen, Dyhre-Poulsen et al., 1996)。隨後 Magnusson et al.研究健康人以被動伸展介入 3 周，每天 2 回每回 5 次 45 秒的被動伸展，比較3 週前後的差異，除關節活動度增加外，活動度末端的被動力矩也較大。然而當肌肉肌腱單元維持於一固定位置，其被動力矩與肌肉勁度會隨之下降，

呈現出黏彈特質力量舒緩的現象(Magnusson, Simonsen, Aagaard, Sorensen et al., 1996)。Reid（2004）在健康學生維持 6 週每週 5 回的被動伸展，發現關節活動度增加，且伸展末端阻力增加很快，推論在新的活動度末端肌肉勁度會增加，是由於被伸展肌肉結構特質改變，作者認為除了肌肉在伸展時的耐受度增加，也可能是肌節(sacromere)數目增加造成黏彈特質改變(Reid et al., 2004)。

過去的研究並無法確認伸展後關節活動度的增加是經由自生性抑制、交互抑制、或黏彈特質的改變，故亦有研究認為PNF 伸展法較其它伸展法能達更大活動度，原因可能是來改變了對伸展的知覺（perception）與提高疼痛耐受度（tolerance），但其機轉仍未明瞭。Rees et al.（2007）在 4 週每週三次每次 30 分鐘運動的 PNF 伸展術介入後，與過去研究結果類似，踝關節活動度較控制組顯著增大，但肌肉肌腱單元的勁度也隨之增加，則與過去認為被動伸展後會增加柔軟度的結果不同，作者認為增加關節活動度的原因在於增加對伸展時的耐受度(Rees et al., 2007)。Mitchell et al.（2007）則發現 PNF 伸展術較被動伸展後有可承受較大的被動伸展阻力，且隨著伸展次數增加阻力也隨之增加，推測可能是改變肌肉在伸展時的知覺(Mitchell et al., 2007)。Magnusson et al.則推論關節活動度增加是改變對伸展時的耐受度，而非改變肌肉及肌腱的黏彈特性(Magnusson, Simonsen, Aagaard, Sorensen et al., 1996)。Reid et al.（2004）則認為關節活動度增加，除了肌肉肌腱在 伸展時的耐受度增加，黏彈特性的改變也可能是其中的原因(Reid et al., 2004)。

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過去許多研究發現針對身體不同部位的肌肉，PNF 伸展術與其他伸展方式相較，PNF 伸展術對關節活動度的增進有顯著的效果。常用來與 PNF 伸展術比較的肌肉伸展的方法，主要是靜態伸展( static stretch)或震盪伸展(ballistic stretch)，靜態伸展的伸展方式是將肌肉或軟組織固定於最大伸展長度下一段時間，通常維持伸展15~60 秒的。而震盪伸展則運用快速運動肢體的方式，以快速改變肌肉或軟組織的長度的伸展方法，通常較容易使肌肉受傷或痠痛，需謹慎使用。Sady et al.

（1982）等學者比較健康人腿後肌（hamstrings）以 PNF 伸展術、靜態與震盪伸展法，在持續6 週、每週 3 回的治療後，發現 PNF 伸展術較其它二種方法，能增加較多活動度，且腿後肌伸展效果較其它軀體肌肉更明顯(Sady et al., 1982)。而其他研究雖有類似的結果，但研究內容只比較腿後肌的PNF 伸展術與靜態伸展或被動關節運動。Tanigawa et al.（1972）比較 PNF 伸展法與被動關節運動，則發現 PNF 伸展法後在直腿抬高的動作時，足部至地面的垂直距離較遠(Tanigawa et al., 1972)，苗迺菁等人（1990）則以 3 次 PNF 伸展術撐放法與被動關節運動相比較，

發現二者不論先後次序為何，只有PNF 伸展法後在直腿抬高下髖關節活動角度有增加，被動關節運動則無差異(苗迺菁 et al., 1990)，Ferber et al.（2002）則在老人的屈膝肌柔軟度研究，發現PNF 伸展術較靜態伸展的關節活動度增加

29~34%(Ferber et al., 2002)。Marek et al.（2005）則持相反的看法，發現對股四頭 肌比較PNF 伸展與靜態伸展，發現二者對膝關節活動度改變不大（1％），二組間效果也無差異(Marek et al., 2005)，這可能是因為他的研究對象是健康人，而健康人可以增加的膝伸直角度有所限制之故。

由過去文獻回顧發現PNF 伸展術中又以撐放縮法的效果最好。Etnyre 與 Abraham（1986）比較靜態伸展、PNF 伸展術的撐放法及撐放縮法等三種方式對踝關節活動度的影響，結果發現這二種PNF 伸展法均較靜態伸展法為佳，但撐放縮法能更明顯地增加關節活動度(Etnyre et al., 1986a)。過去研究也發現在老年人運用

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PNF 伸展術的撐放縮法能有效的增進活動度(Ferber et al., 2002)，Decicco et al.

（2005）針對肩關節外轉動作，使用持續 6 週，每週 2 天，每回合 3 次的 PNF 伸展術的撐放縮法及縮放縮法與控制組比較，發現6 週 PNF 伸展術後肩關節外轉角度均顯著進步，控制組則否，而無論採取撐放縮法及縮放縮法二者效果並無差異 (Decicco et al., 2005)。綜合以上的結論，因此本研究採用 PNF 伸展術的撐放縮法。

PNF 伸展術的參數包括介入次數、介入頻率、介入時間、收縮時間、收縮強度等，將分段討論。此外，伸展時所運用的部位與收縮的肌肉也有關係，Sady（1982）

發現腿後肌伸展效果較其他軀幹肌肉伸展效果更好(Sady et al., 1982)。

在介入的次數方面，PNF 伸展術只要在一回合中，每回合伸展 3-5 次，即可短期增加關節活動度。Spernoga et al.（2001）以一回合共 5 次的 PNF 伸展術撐放法，

可立即使腿後肌柔軟度改善，然而其效果十分短暫，僅能約持續6 分鐘(Spernoga et al., 2001)，苗迺菁 et al.（1990）則以直腿抬高的動作收縮 8 秒再休息 8 秒，重覆 3 次，但只做一回合，發現髖關節屈曲角度有明顯增加(苗迺菁 et al., 1990)。Rees et al.（2007）發現 PNF 伸展採撐放縮法持續 4 週，每週 3 天，每回 4~6 下，每次收縮等長6~10 秒會增加踝關節活動度(Rees et al., 2007)。Mitchell et al.（2007）則發 現PNF 伸展術較靜態伸展有較大的被動伸展阻力，且隨著伸展次數增加，阻力也隨之增加，可能是改變在伸展時的感覺，作者並提到每回合最少要4 次伸展才能達到最大的角度(Mitchell et al., 2007)。

PNF 伸展術研究所採用的每次肌肉收縮的時間，多介於 3~10 秒之間，研究結果發現PNF 伸展後皆能增加關節活動度。部分研究發現較長時間的收縮效果較好，但也有研究認為每次收縮的時間並無影響。Rowlands et al.（2003）則以不同收縮時間取10 秒與 5 秒的 PNF 伸展法比較其效果，結果呈現較長的等長收縮時間

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能增加更多關節活動度(Rowlands et al., 2003)，Bonnar et al.（2004）比較 PNF 伸展法，採3 秒、6 秒、10 秒等不同時間長度的等長收縮，發現 3 組關節活動度均較收縮前增加，然而不同收縮時間卻沒有差異(Bonnar et al., 2004)。苗迺菁等人（1990）

則以直腿抬高的動作收縮8 秒，再休息 8 秒，重覆 3 次後，發現髖關節活動度有明顯增加(苗迺菁 et al., 1990)。Ferber et al.（2002）的研究在老人的腿後肌運用 PNF 伸展術，每次收縮5 秒，再伸展 5 秒，並連續重複 2 次為一回合，共計 4 回合，

發現較靜態伸展的關節活動度增加(Ferber et al., 2002)。Rees et al.（2007）發現 PNF 伸展術撐放縮法每週3 天，共 4 週，每回 4~6 下，每次等長收縮 6~10 秒會增加踝關節活動度(Rees et al., 2007)。此外，有研究發現 4 次撐放法，每次 6 秒的等長收縮就會增加腿後肌柔軟度(Mitchell et al., 2007)。

在肌肉收縮的強度方面，在健康人則多採最大自主收縮，但建議以次大收縮較為安全，也有研究發現不同收縮強度效果一致。Rees et al.（2007）發現 20 名健康男性PNF 伸展術以最大等長收縮 4~6 次，每次 6~10 秒會增加踝關節活動度(Rees et al., 2007)，Feland et al.（2004）在男性健康人比較 3 種不同強度的等長收縮（20%、

60%、100%的最大等長收縮強度）對腿後肌柔軟度的影響，發現在持續 5 天，每天一回合的訓練，每次收縮6 秒、放鬆 10 秒，三組均優於控制組，均能增進腿後肌柔軟度，但三組間並無差異，故作者建議選擇次大等長收縮較為安全(Feland et al., 2004)。由於本研究的 PNF 伸展術施用於術後第三天的病患，肌肉收縮時，可能會造成疼痛，因此本研究採用次大等長收縮模式，較為安全。

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第三章、研究方法

本章共分為五節，內容將詳細闡述本研究所使用的方法，包含研究設計的屬性、受試者的選取條件、使用的實驗儀器與設備、實驗進行的流程、資料的處理與量測以及分析測量結果所使用的統計，各節內容簡述如下：

第一節、研究設計：敘述本研究設計的屬性、取樣方式、實驗的介入變項、

自變項及依變項等，以及實驗分組的方法。

第二節、受試者：敍述參與實驗的受試者之納入條件和排除條件。

第三節、實驗儀器設備與量表：介紹本研究中所使用的各種研究儀器，及進行測試時所用的工具與量表。

第四節、實驗流程與步驟：詳述每位受試者參與實驗的過程，包括接受的術後物理治療計畫、實驗介入的方式，及測試的方法與步驟。

第五節、統計分析：針對測量分析的結果，依據本研究的設計選取合適的統計方法，進行各測試結果間的比較。

第一節、研究設計

本研究設計屬於前瞻性（prospective）、雙盲隨機控制試驗（double-blinded randomized control trial），用來比較實驗組與控制組二組間在治療介入前後及出院前及出院後1 個月的療效的試驗性研究（experimental research）。實驗組受試者接受PNF 伸展術與常規物理治療，控制組則接受被動伸展運動與常規物理治療。

本研究計畫經由台灣大學醫學院附設醫院研究倫理委員會審查通過，案號為

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第二節、受試者

受試者收案條件為台大醫院骨科住院患者，經診斷為膝退化性關節炎，並接受初次全膝關節置換手術者。

排案條件包括以下情形：

1. 大腿腿圍（取髕骨上緣 5cm）＞55cm 者；

2. 認知或溝通障礙無法配合；

3. 中樞或周邊神經肌肉疾患；

4. 三個月內有接受其他手術；

5. 術後有關節感染、關節鬆動、骨裂或骨折；

6. 任何住院期間或追蹤期間產生之併發症（如肺栓塞、心肌梗塞等）。

所有受試者以自製隨機亂數表分配至實驗組或控制組，而且皆被告知研究目的與流程，並需簽署臨床試驗受試者說明及同意書（附錄二）。

第三節、實驗儀器設備與量表

本研究所使用之實驗儀器設備與量表問卷包含通用量角器（universal

goniometer）、手持式測力器（hand-held dynamometer）、碼表（stop watch）、疼痛量表、計時行走測試（timed up and go test）測試表及膝部傷害及膝關節炎預後量表（Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score，簡稱 KOOS 量表）（附錄三）。

量測膝屈曲角度之工具為量角器，量測時所使用為標準式塑膠通用量角器

（Rajowalt Company Atwood, Indiana, USA）。量測角度範圍為0~360°，可量測最小單位為1°，量測膝關節屈曲的角度時，量角器轉軸正對膝關節軸心（axis），固定

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臂（stationary arm）近端正對於股骨外緣（greater trochanter），而活動臂（mobile arm）

遠端正對於腓骨外緣（lateral malleolus），二臂所夾之角度即為膝關節屈曲角度（圖 3.1）。過去的研究發現在關節角度受限的患者，在膝關節使用標準量角器量測主動屈曲角度，無論施測者再測信度（intra-rater reliability）或施測者間信度（inter-rater relibility）量測角度的信度高，組內相關係數（intraclass correlation coefficient，簡稱ICC）均大於 0.95，而且量測膝關節屈曲角度的效度（validity）也相當好（ICC

＞0.95）(Brosseau et al., 2001)。

量測肌力的工具為手持式測力器，為一個可手持移動式徒手肌力測試的臨床量測工具 (MICROFET3, Hoggan health industries, USA )。使用手持式測力器其肌力的量測有兩種模式，本研究採較小量測單位模式，肌力量測範圍為0.36~90.80 kg，

可量測最小單位為0.09 kg，量測肌力時採用等長收縮測試（make test）。量測膝伸直肌肌力時，測力器置於小腿遠端踝關節上緣2 cm，髖關節屈曲 90°且膝關節屈曲角度呈60°，受試者正坐於高度 45 cm 之雙側扶手靠背測試座椅上，雙手放置座椅兩側扶手，用力時評估的物理治療師維持測力器固定不動，使受試者可接受下以最大自主等長收縮方式伸直膝關節（圖3.2）。在測力器所顯示的數值表示該膝伸肌肌力的最大磅數。過去研究也發現使用手持式測力器量測下肢疾患的膝伸肌肌力，量測信度高（ICC＞0.9）(Kwoh et al., 1997; Roy et al., 2004)。

疼痛評估採視覺類比量表(Visual Analogue Scale)，用以記錄測試當時完成屈曲膝關節活動後的疼痛程度，此量表為以一長100 mm 的橫線，0 mm 代表不痛、100 mm 代表非常非常的痛，由左端往右移表示愈來愈痛。測試時拿一隻筆讓患者在這條直線上垂直畫一短線，代表他疼痛的位置，並使用標準尺量測並記錄其數值，

當作是疼痛分數。疼痛分數的數值越大表示疼痛程度越嚴重。而施測者再測信度為中到高度(Boonstra et al., 2008)，在膝關節疼痛患者的信效度佳(Crossley et al.,

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2004)。

計時行走測試，為一量測老人活動功能及平衡能力的測試方法，量測的工具為碼表，最小量測單位為0.1 s。受試者由一張有靠背及扶手且高度為 45 cm 的座椅起立，持助行器以自覺安全及舒適下儘快向前行走3m，轉身並走回座椅坐下，

記錄由起立開始到坐下為止完成的時間（圖3.3）。此測試與伯格氏平衡量表（Berg balance test）、走路速度有高度相關性，在臨床上用於量測活動能力，為測試效度佳的一種方法。在施測者再測信度或施測者間信度及反應性（responsiveness），均顯示此項測試的信度與反應性高(Podsiadlo et al., 1991)。

膝部傷害及膝關節炎預後量表，內容包含膝關節症狀（7 題）、疼痛（9 題）、

及功能與日常活動困難（17 題）、運動與娛樂活動限制（5 題）及生活品質（4 題）

等五個不同的面向（dimension），共計 42 題。本量表用以評量膝關節的功能，每個題目依不同程度分為5 個等級，每題由正常到最嚴重，分屬 0~4 分。計算分數時，可以採用所有分數加總計分，範圍由0 至 168 分，分數越低則表示關節情況較好。此外，每個面向的分數也可再轉化為百分比，由最嚴重到完全正常以0~100 分計算，百分比越高表示情況越正常。膝部傷害及膝關節炎預後量表，在接受全膝關節置換術患者的再測信度、效度與反應性上均十分好，且與WOMAC 量表相比其效度更佳，且反應性二者相差不大(Roos & Toksvig-Larsen et al., 2003)，並且對於初次接受全膝關節置換術患者其效度佳，同時量表分數並無出現天花板或地板效應(de Groot et al., 2008)。