「除了大腦，大腿也能潛能開發？」-關節性肌肉自主抑制的測量

作者：李明修
編修：黃昱倫 Yu-Lun (Anita) Huang

上一篇介紹前十字韌帶術後的關節性肌肉自主抑制 (arthrogenic muscle inhibition, AMI) ，可能會造成股四頭肌功能缺損、減少肌肉活化程度、延長復健時程與回場時間，以及增加再次受傷風險。

身為臨床工作者或是曾經受傷的運動員們一定很疑惑，既然關節性肌肉自主抑制會影響平時在復健成效，延遲重回運動能力時間，我們該如何知道自己是否有關節性肌肉自主抑制呢？問題嚴重程度多少？在哪裡可以做這個檢測？測驗結果能否數據化？

本篇將與各位介紹量化關節性肌肉自主抑制的方法，並解析這些方法背後的臨床意義！

無論您是運動員或臨床工作者，還是對這一領域感興趣的讀者，相信這篇的內容都能為大家提供寶貴的資訊和啟發。讓我們一起了解更多關於關節性肌肉自主抑制背後的機制！

被封印的肌肉潛能

你以為已經很了解自己的身體了，但或許你的身體還有許多肌肉潛能尚未被開發！是不是曾有這樣的經驗：感覺已經很努力肌肉出力，但還是感覺無法完全掌握呢？感覺好像忘記怎麼出力？這些肌肉潛能，有時會被身體悄悄地封印而不自知，而這個可能與 AMI 有關，使得肌肉無法充分發揮原有的力量。

那麼，問題是怎麼發生的呢？

讓我們複習一下運動生理學。大家可以想像一下，當肌肉收縮時，需要動員肌肉內的運動單位 來完成動作，而能動員多少運動單位，可以是用來衡量肌肉的活化程度的一種方式。一般在正常的肌肉收縮情況下，肌肉能動員大部分 (90%以上) 的運動單位來完成動作，這可以解釋多數人還有一成左右的潛能尚未被開發，而在肌力訓練初期的神經適應期，雖然尚未肌肥大，但此時的肌力增加部分來自這個部分。

然而，當關節受傷後，受到腫脹、疼痛或是感覺回饋下降等其他因素影響時，可能導致神經肌肉的抑制，使得能動員的運動單位減少，降低了肌肉的活化程度 (圖一)。

簡單來說，動員肌肉運動單位的能力就像是暑訓選手的出席率，紀錄真正有參與工作的運動單位 (出席暑訓的選手)。暑訓的第一天訓練有近97%的出席率 (有部分選手暑訓前就受傷，無法訓練)，但暑訓持續2週，出席率可能下降到90%；暑訓持續1個月，出席率更下降到80%；暑訓持續約2個月，出席率更下降到60%，幾乎少了3分之5的選手無法訓練。這些減少的人數 (因為受傷關係)，就代表暑訓中的缺席人數比例。因此當暑訓最後一天，教練想評估整個隊上運動表現的進步程度，但只有60%選手可以執行，自然無法反應隊上整體的進步幅度，因為有部分選手未能參與。

同樣地，肌肉中被抑制的運動單位比例，就像是暑訓中因傷缺席的人數比例。因為受傷、腫脹、疼痛或感覺回饋下降等等原因導致徵招運動單位的能力被抑制，進而影響肌肉整體活化的程度。

而這些被封印 (抑制) 的運動單位，是在受傷或術後的復健訓練需要著重恢復的能力，也是可以被開發的肌肉潛能。然而，我們如何知道自己還有多少潛能尚待開發呢？

以下是三種常見的測量方法！

關節性肌肉自主抑制常見的測量方式

常見測量AMI的方式有3種，分別為

經顱磁刺激 (transcranial magnetic stimulation, TMS)
霍夫曼氏反射 (hoffmann reflex, H-reflex)
中樞活化比 (central activation ratio, CAR)

以下簡介3種測量方式 [1-2] (圖二 )

經顱磁刺激 (transcranial magnetic stimulation, TMS)

是一種非侵入性技術，透過磁生電的物理特性，利用放置在頭皮上的線圈磁場所產生的電流，刺激大腦特定皮質區域，電流可以沿著脊髓傳遞，最終讓肌肉收縮並測量神經傳導路徑中被抑制的程度[1]。

霍夫曼氏反射 (hoffmann reflex, H-reflex)

是一種電生理檢查技術，用於評估脊髓反射迴路的功能。H-reflex 是通過電刺激週邊神經，過程中會產生M波與H反射兩個反應訊號，利用兩個生理訊號的時間差，測量被抑制的程度，可作為運動神經元興奮程度的指標，是要看的是脊髓反射迴路，所以是檢查脊髓層級 (spinal level) 的抑制情況[1] 。

中樞活化比 (central activation ratio, CAR)

是一種評估神經肌肉系統功能的技術，測驗時受試者進行肌肉的最大自主收縮 (maximum voluntary contraction, MVC)，可以得出該肌肉自主用力所產生的最大力矩 (torque)，隨後給予一個外加電刺激 (superimposed burst, SIB) ，目的為徵招該肌肉群全部的運動單位，得到該肌肉實際上能產生的所有力量。最後，會將自己出力可以產生的最大自主收縮得出的力量，除以外加電刺激後產生的力量，得到的比值即是中樞活化比，而這個數值將作為評估該肌肉群被抑制的程度的量化指標 [1]。

雖然中樞活化比沒辦法確認抑制是出現在哪一個神經層級，但可直接量化肌肉輸出的整體力量，比霍夫曼氏反射和經顱磁刺激測試更貼近臨床實務需求，而受試者在測試過程中的舒適度也較高。此外，中樞活化比測試還具有良好的再測信度 [3-4]。因此，本篇將主要與大家分享用中樞活化比量化關節性肌肉自主抑制的方法。

中樞活化比測量介紹

中樞活化比如何測量

中樞活化比在實驗室中會使用等速測力儀 (isokinetic dynamometer) 測量，並配合電刺激給予外部電擊。

首先，請受試者坐在等速測力儀上，將膝關節彎曲到70度。用綁帶固定身體保持在做座椅上，並在大腿前側貼上電刺激貼片 (圖三)。準備好後，請受試者用最大的力量將前大腿向膝關節伸直的方向踢，抵抗機器，感受到電刺激後即可放鬆。

註：電刺激的強度是研究實驗上所使用，實驗皆需通過研究倫理審查委員會審核。電刺激當下可能會感受肌肉有輕微緊繃感，但實驗是安全的，不具備危險性。

詳細的測試過程可以參考由 練健康 至師大力學實驗室（我們實驗室）拍攝的影片中有關關節性肌肉自主抑制介紹的片段（練健康影片：4:06）

https://youtube.com/watch?v=PsHnB_-Y_k0%3Fsi%3DI5sNLF9xQCaqWJ8C

中樞活化比如何計算

知道如何測量中樞活化比後，大家一定很疑惑，上面圖片中曲線如何解讀？數據背後的機制是什麼？

在上面CAR的測量後，實驗人員會得到一張時間/力矩曲線的圖片 (圖四)，圖片得到兩個數字：最大自主收縮 (MVC)、最大自主收縮時外加電刺激 (SIB)，中樞活化比 (CAR) ＝MVC/SIB，MVC和SIB兩個數據相除所得出的數值 (百分比%)。

再以100%減掉CAR，即為因關節性肌肉自主抑制而被抑制 (封印) 運動單位動員的能力，也就是肌肉尚未開發的潛能。

範例：

計算流程 (圖五) 中，假設MVC是84 (N*m)，電刺激徵招全部的運動單位後，得到的SIB是120 (N*m)，中樞活化比以84除以120等於70%，代表在全部的運動單位中 (SIB)，你能使用70%的運動單位，而剩下的30% (100%-70%) ，就是你被封印 (抑制) 的潛在能力。

數據背後的臨床意義

女性前十字韌帶術後實驗數據 (尚未發表研究)

這裡分享我們研究團隊 (運動防護與傷害預防實驗室) 剛完成的實驗，研究目的是要測量單側前十字韌帶術後女性的股四頭肌功能。我們發現在台灣收到的術後女性受試者。有一半以上的股四頭肌中樞活化比 < 90%，這表示在台灣，前十字韌帶手術之後，有很高比例的人即便已經被允許參與運動了，仍有嚴重的肌肉抑制情況。而這個會根據手術時間而改善嗎？我們發現，即使是術後數年的受試者，也未達這個標準 (CAR=72%)，可以想見在台灣，關節性肌肉自主抑制的情況並不罕見。

有趣的是，在實驗過程中，受試者在測試前普遍認為自己已經恢復得很好，但測試結果顯示，她們的肌肉功能仍有很大的提升空間。這表明，恢復的情況並不一定會隨著手術時間的延長而隨之改善，這一發現讓受試者感到非常驚訝，並對背後的機制非常好奇。

此外，我們也發現，這樣的術後肌肉抑制的情況，不只是出現在開刀腳的股四頭肌，非受傷腳 (健側腳) 的股四頭肌也同樣有被抑制的狀況，顯示膝關節受傷後，雙腳皆有股四頭肌抑制的臨床表徵，過去研究也有同樣的發現 [5]，同時各位一個省思，臨床工作者常以「健康腳」作為受傷腳的復健標準，強調術後復健的肢體肌肉功能對稱性。然而，非受傷腳卻不一定是「健康」的，以非受傷腳作為復健指標，可能會低估要達到的目標！[6]

想了解更多肢體對稱性的內容，歡迎參考圖六的研究。

重點結論

雖然我們以為自己很了解自己的身體，但許多潛能可能因關節性肌肉自主抑制而被封印 (抑制)，影響肌肉的活化程度。通過專業的測量方法，可以發現這些尚未開發的潛能，幫助我們在術後復健訓練中更好地恢復肌肉功能。
關節性肌肉自主抑制常見測量方式有經顱磁刺激 (TMS)、霍夫曼氏反射 (H-reflex) 和中樞活化比 (CAR)，其中中樞活化比較符合臨床需求、再測信度高、受測者舒適度高。
中樞活化比可量化肌肉功能被抑制的潛能，數據顯示許多術後患者的 CAR 值未達理想標準，代表術後肌肉功能尚未完全恢復，且雙腳皆會受影響。也提醒臨床工作者，復健標準不應僅以「健康腳」作為參考，應考慮雙腳肌肉功能的全面性。

知道如何找出被封印的潛在能力後，大家是否好奇，要怎麼解除這樣的封印。下一篇我們將介紹關節性肌肉自主抑制的去抑制介入方法。下回見！

補充資訊

上述提到的中樞活化比測量方式，皆需要醫院或實驗室的專業儀器才能進行。幸運的是，由黃昱倫老師主持的運動防護與傷害預防實驗室，正在進行女性前十字韌帶術後關節性肌肉自主抑制的相關研究，並擁有相關的儀器進行測量。

如果你對這項研究有興趣，請點擊以下連結了解實驗資訊 (圖七)。（實驗資訊連結：https://reurl.cc/XGrvE7 ）

參考資料

1. Kuenze CM, Hertel J, Weltman A, Diduch D, Saliba SA, Hart JM. Persistent neuromuscular and corticomotor quadriceps asymmetry after anterior cruciate ligament reconstruction. J Athl Train. 2015;50(3):303-312. doi:10.4085/1062-6050-49.5.06

1. Ward SH, Blackburn JT, Padua DA, et al. Quadriceps neuromuscular function and jump-landing sagittal-plane knee biomechanics after anterior cruciate ligament reconstruction. J Athl Train. 2018;53(2):135-143. doi:10.4085/1062-6050-306-16

1. Norte GE, Pietrosimone BG, Hart JM, Hertel J, Ingersoll CD. Relationship between transcranial magnetic stimulation and percutaneous electrical stimulation in determining the quadriceps central activation ratio. Am J Phys Med Rehabil. 2010;89(12):986-996. doi:10.1097/PHM.0b013e3181f1c00e

1. Pietrosimone B, Lepley AS, Murray AM, et al. Changes in voluntary quadriceps activation predict changes in muscle strength and gait biomechanics following knee joint effusion. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2014;29(8):923-929. doi:10.1016/j.clinbiomech.2014.06.014

1. Hart JM, Pietrosimone B, Hertel J, Ingersoll CD. Quadriceps activation following knee injuries: a systematic review. J Athl Train. 2010;45(1):87-97. doi:10.4085/1062-6050-45.1.87

1. 黃昱倫、黃奕銘. 前十字韌帶重建後的回場標準：肢體對稱性指數之考量與臨床建議. 中華體育季刊. 2021;35(1):47-55. doi:10.6223/qcpe.202103_35(1).0005

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