Loading [MathJax]/extensions/tex2jax.js

0

0
0

文字

分享

0
0
0

膝蓋中了一箭後當不成冒險家:為什麼膝蓋受傷不容易痊癒?

雷雅淇 / y編_96
・2016/07/11 ・3201字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「我以前和你一樣是冒險家,直到我的膝蓋中了一箭。」

出自由Bethesda開發的遊戲《上古卷軸5:天際》裡面衛兵的固定臺詞。
出自由Bethesda開發的遊戲《上古卷軸5:天際》裡面衛兵的固定臺詞。

不只上古卷軸的NPC飽受膝蓋受傷之苦,也有很多運動員在膝蓋受傷後就只好黯然退場;膝蓋受傷為何不容易好呢?近期一項發表於《科學轉譯醫學期刊》(Science Translational Medicine)的研究透過檢測膝關節軟骨的膠原蛋白發現,我們的軟骨不會像骨頭一樣「打斷手骨掂鬥勇」,因為它無法再生和癒合。有意思的是,這項研究的方法居然跟核試爆有關!?

為何膝蓋容易中箭受傷:工作複雜壓力大

因膝蓋受傷而退休的前NBA職業球員 Brandon Roy source:examiner
因膝蓋受傷而退休的前NBA職業球員 Brandon Roy。   source:thebostonjam.com

相較於身體其他關節,膝關節是最大而且最複雜的關節,也是人體承受重量最大的關節之一。髖關節將全身的重量傳到構成大腿骨的股骨,再由股骨將重量傳給構成小腿骨之一的脛骨,而膝關節就在之間連接著股骨以及脛骨,另外還有一塊俗稱膝蓋骨的髕骨,結構如下圖。其間還有位於股骨和脛骨相關節表面內由纖維軟骨所構成的半月板(meniscus),它的任務是在股骨改變位置時吸收震動力和確保關節面的形狀。另外為了不讓關節各部位的零件在活動時鳥獸散,膝關節還搭載了韌帶,其中包括了我們常聽到的十字韌帶。

source:郵政醫院。
source:郵政醫院
source:郵政醫院。
source:郵政醫院

不在水中又直立行走的我們,膝關節承受的壓力,絕對不亞於被女朋友問「如果我和你媽掉進水裡你要先救哪一個?」時瞬間所產生的壓力啊。膝關節也被認為是各種急慢性運動損傷的重災區,在運動時人體的膝關節處於半彎曲的狀態,膝關節承受的壓力比直立時大得多而且容易疲勞,也因為這時的韌帶呈現鬆弛狀態,關節的穩定度也大幅下降。所以當身體姿勢不正確、施力不當或外力撞擊時,就會很容易受傷。另外,膝部軟骨組織的長期磨損也會導致骨性關節炎(osteoarthritis)。

長時間處理著複雜工作又承受莫大壓力還被說是草莓族,膝蓋可能真的要躺著才會沒那麼容易中箭受傷。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「核爆定年法」:那些核彈和你的膝蓋有關係嗎?

如果你有一天跌倒,湖中女神浮出水面問「你受的傷是這個小腿開放性骨折還是這個膝蓋半月板撕裂傷?」時,請毫不猶豫且勇敢地選擇前者吧!為什麼呢?讓我們先從核試爆(Nuclear bomb testing)開始說起。

source:wikipedia
source:wikipedia

放射性碳定年法你我都不陌生,它也被稱為碳-14同位素( carbon-14 isotope )定年法;是利用自然中存在的碳-14同位素衰變的半衰期,來推斷測定的含碳有機物的年代。通常自然界中的碳-14來自於宇宙射線產生的高能中子與大氣中的氮原子相互作用而產生,反應如下圖。然後碳-14會加入碳循環,進入到各種生物體內,也因此能藉此測定古生物的生存年代。

螢幕截圖 2016-07-11 00.33.24

然而一項特別的人類活動大大地改變了大氣中的碳-14含量:1950至1960年代核彈試爆使得大氣中的碳-14含量大增,直到1963年簽訂《部分禁止核試驗條約》後才逐漸下降。

source:Wikipedia
各國核試驗的年代及數目。source:Wikipedia

理論上要用碳-14定年測定近代物質的年代不太容易,但因為核試驗讓大氣中的碳-14異常的上升,碳-14含量的數據可以統計成像下圖的「核彈曲線」(bomb curve),只要測量有機物的碳-14含量再和這個曲線當中的數據比對,就能定年出測量物產生的時間。如果測量的對象是會自我更新的組織,也可以利用這個方法算出生物的死亡時間。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
source:果殼網。
source:核弹测年法,再不用就没得用啦,果殼網。

聰明的你,一定開始皺眉發現案情並不單純,也靈光一閃想到這跟膝關節軟骨組織實驗的關聯了。

預防勝於治療:有些傷,時間久了也不會痊癒

現在,我們習得了「核彈定年法」的技能,來看看研究團隊接下來怎麼做:他們測量了1位捐贈大體和22位年齡在18~76歲,做過膝關節置換手術患者的膝關節軟骨裡膠原蛋白的碳-14含量(膠原蛋白是提供軟骨彈性和拉伸強度的蛋白質)。在這22名患者中,有一些是飽受關節炎所苦的患者,但也有一些是健康的膝關節;當然不是很殘忍的搶錢搶糧搶健康的人的膝關節,這些健康的膝關節是來自一些因為骨癌(bone tumors)而必須置換關節的患者。

研究人員取樣了膝關節中耗損最多的膝關節中央的軟骨,和膝關節邊緣承受的負荷較輕微的軟骨。如果組織仍會不停地生長代謝的話,舊的分子會被取代,因此測定出來的碳-14的量會是比較年輕的大氣水平;但如果分子是長時間保持穩定而沒有被置換,那碳-14的量應該就跟它被製作出來時的大氣水平相當。結果如何呢?

cc_knee_16x9 (1)
Y.Lu/iStockphoto

研究發現,受試者的膝蓋的膠原蛋白裡的碳-14含量,不論是健康或是不健康的膝關節,都相當於他們8~13歲時的大氣水平;這表示在成年後就沒有新的膠原蛋白生成。其中一名出生在1935年前的患者,他膝關節中的膠原蛋白裡幾乎沒有碳-14;相比之下,誕生於1950年代的患者膠原蛋白裡的碳-14同位素含量則大幅上升。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在一些過往的研究中有科學家觀察到骨性關節炎患者有膠原蛋白合成(collagen synthesis)的現象,這代表著關節可以嘗試自我修復;但在這次的研究中並沒有觀察到這樣的現象,即使是關節受到最多壓力的區域,研究團隊發現成人還是無法製造新的膠原蛋白。

造成這樣差異的解釋,科學家認為可能是過往的實驗只是間接測量膝關節的膠原蛋白代謝。雖然研究人員也有嘗試一些方法來誘導膝蓋軟骨再生,像是植入幹細胞或是將健康軟骨的薄片放到關節裡,但都沒有奏效。本研究的共同作者以及關節炎專家,哥本哈根大學的Michael Kjær說,「防止軟骨惡化可能是更直接有效的方法。」

北卡羅來納學校在大學教堂山分校( University of North Carolina School of Medicine in Chapel Hill)沒有參與研究的軟骨生物學家Richard Loeser說,這項研究指出了保護軟骨的重要性。年輕的時候需要好好照顧你的關節,因為當你的軟骨一旦損傷,它可能無法自我修復,只能跟你說:「可是……瑞凡,受傷的膝蓋回不去了。」

網球王子啊(嘆)source:網球王子 第351話。
網球王子好多人的膝蓋都GG了啊(嘆)。source:網球王子 第351話

參考資料:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

 

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
雷雅淇 / y編_96
38 篇文章 ・ 1309 位粉絲
之前是總編輯,代號是(y.),是會在每年4、7、10、1月密切追新番的那種宅。中興生技學程畢業,台師大科教所沒畢業,對科學花心的這個也喜歡那個也愛,彷徨地不知道該追誰,索性決定要不見笑的通吃,因此正在科學傳播裡打怪練功衝裝備。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

1

6
2

文字

分享

1
6
2
膝蓋疼痛越要動? 9 招室內運動讓你鍛鍊肌力「愛護膝關節」
careonline_96
・2022/01/18 ・2641字 ・閱讀時間約 5 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

我們的膝蓋很辛苦,每天要承受著自身的重量,帶著我們走來走去。所以,患有膝關節痛的人口比例超級高!許多人都曾感覺膝蓋痛、膝蓋不舒服,而疼痛本身最容易讓人「一點都不想動」,畢竟大家都很怕在運動之後,又讓膝蓋變得更痛,說不定膝關節還會退化更嚴重。

可是,一直都不活動,關節會愈來愈僵硬,肌肉愈來愈無力,這時膝蓋的疼痛反而更嚴重。所以,反而我們應該規律地做些膝關節強化運動,利用低衝擊、且不會太困難的規律練習,加強膝蓋附近肌肉的肌力,才能支撐、穩定住膝關節

當膝蓋周圍的肌力增加了、變強了,比較能吸收膝蓋於負重活動時接受到的衝擊,減少站著,走路,活動之間造成的關節磨損。總之,練習膝蓋附近的肌肉力量,可以打造一個穩定,有支撐性的膝關節,比較有機會能脫離久坐生活,走更長的路。最好的是,生活中可以不需要止痛藥。

這裡我們要訓練的最主要肌群,是大腿前側的股四頭肌,與大腿後側的火腿肌群。針對這兩大肌群,你可以再看看「膝蓋愈動愈痛 – 髕骨股骨疼痛症候群」與「後腿好緊快抽筋,你得認識「大腿後側火腿肉」」這兩篇了解更多。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

另外,也要加強小腿肌肉和髖部的肌群。在過程中,不要趕著做任何動作,慢慢來,一樣一樣好好練習。在這樣的訓練過後,肌肉和關節是會感到比較痠痛一些。倘若你是在訓練的過程中,有尖刺般的不適,或是突然間的疼痛,情況就不對,最好先停下來,先找醫師診治評估膝蓋狀況。

坐姿抬腿

這個動作可以鍛鍊大腿前側的股四頭肌。請先坐在椅子上,膝蓋彎曲,腳底踏平於地面。以大腿前側發力,抬起整隻右腿,過程中維持膝蓋彎曲九十度。連續練習 8-12 次之後再換腳練習。

坐姿膝打直

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

鍛鍊大腿前側的股四頭肌。先坐在椅子上,膝蓋彎曲,腳底踏平於地面。慢慢靠著股四頭肌收緊,讓膝蓋打直,而使右腳腳底抬離地面,整隻腳平行地面,但不要讓膝關節有鎖住鎖死的感覺。過程中手可以自然垂放,也可以扶住椅子兩邊。連續練習 8-12 次之後再換腳練習。

坐姿直抬腿

這個動作也是鍛鍊大腿前側的股四頭肌。可以先坐在椅子上,或是坐在地墊上都可以。保持一腿伸直,一腿彎曲。然後以大腿前側股四頭肌收緊,將整隻腳直直地往上抬。連續練習 8-12 次之後再換腳練習。

坐姿墊腳勾腳

這個動作墊腳尖時鍛鍊小腿肌肉,勾腳的時候鍛鍊大腿後側的火腿肌群,同時也可以讓踝關節活動度變好。先坐在椅子上,膝蓋彎曲,腳底踏平於地面。腳跟勾起來,讓腳尖離開地板,感受大腿後側的肌肉收縮,停留一下,再改成墊腳尖。過程中雙手可以平放在大腿上方。可以兩腳同時練習,也可以一次練習單腳。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

站姿墊單腳腳尖

這個動作可以鍛鍊小腿肌肉以及大腿後側的火腿肌群。站直身,兩腳約與肩同寬。勾起左腳讓左膝蓋彎曲約 90 度。手輕輕扶著椅背,讓右腳腳跟離地,墊起右腳腳尖,停留一下再放下右腳。過程中左腳維持勾起九十度的狀態。連續練習 8-12 次之後再換腳練習。如果覺得單腳練習有困難,可以先練習雙腳著地的墊腳尖。

接下來的四個動作也可以叫做「髖部四部曲」,其實就是往四個方向訓練髖部,記得,髖部的穩定對膝蓋也是非常重要的。所以,希望減少膝蓋痛的時候,我們也要花點時間鍛鍊臀中肌臀小肌縫匠肌髂徑束等圍繞在髖部附近的肌肉群。各位可以再看看「增加膝蓋穩定度,臀中肌可以這樣練」這篇了解更多。

直腿外展

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

身體站直,兩腳距離約與肩同寬。右手扶著椅背,左腳打直往外側抬起,做外展的動作。感受髖部附近的肌肉收緊。連續練習 8-12 次之後再換腳練習。

直腿內收

身體站直,兩腳距離約與肩同寬。右手扶著椅背,左腳打直往內側收,這個動作比較沒有那麼直覺,活動幅度會小一點點。可以慢慢用心感覺。連續練習 8-12 次之後再換腳練習。

直腿前抬

身體站直,兩腳距離約與肩同寬。右手扶著椅背,左腳打直往前側抬起,記得要感覺大腿前側的收縮,而不是讓腳晃過來晃過去。連續練習 8-12 次之後再換腳練習。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

直腿後抬


身體站直,兩腳距離約與肩同寬。右手扶著椅背,收縮臀部肌肉,左腳打直往後側抬起。連續練習 8-12 次之後再換腳練習。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
所有討論 1

0

3
1

文字

分享

0
3
1
向切膝之痛說掰掰,新型人工膝關節讓你走到飛!
careonline_96
・2021/03/02 ・1409字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「我走不動了」家裡的老人是否也說過相似的話?中國醫學大學附設醫院人工關節中心許弘昌副院長表示,他可能不是走不動,而是膝關節退化痛得走不了。

膝關節為最常見的關節退化部位之一。許多膝蓋關節退化的患者在日常生活中經常面臨膝蓋疼痛的苦楚,無論是平日走路、蹲下撿東西、自椅子站起等簡單動作,患者都會經歷「切骨之痛」。所幸目前有新型的人工膝關節可作為置換選擇,除了材料優化,符合原始人體工學的特殊旋轉設計,讓骨頭跟骨頭更密合,行走自如好輕鬆。

「微恙彌珍」注意早期症狀,及早接受治療

中國醫學大學附設醫院人工關節中心許弘昌副院長表示,針對關節退化症狀輕微的患者,醫師會給予消炎藥、肌肉鬆弛劑等藥物輔以復健治療。不過當患者只能仰賴止痛藥抑制疼痛感時,即是較嚴重的情況,平日從椅子上站起來都可能困難重重。因此除了原有治療之外,許弘昌副院長也建議患者考慮進行手術進行「根本性治療」。

把握三大重點,提升術後滿意度

由於嚴重關節退化的患者無法藉由其他治療方式舒緩不適,為了不影響下半輩子的生活品質,建議可以手術方式治療,其中一種是人工膝關節全置換手術。許多患者對於關節全置換可能會有諸多疑慮,不過許弘昌副院長解釋,其實只要把握三大重點就能降低手術風險及提升術後滿意度。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

三大重點包含:與醫師詳述膝關節疼痛的位置、疼痛時的動作;尋求經驗豐富能夠執行新型術式的骨科醫師開刀;使用特殊旋轉設計的人工膝關節,仔細挑選優質的材料及符合人體的設計。

手術科技日新月異,追求患者活動自如

在骨科醫師們與工程師們經年累月的努力下,現在的新式醫材愈來愈符合人體原本的結構,新增許多動態設計的巧思,例如利用特殊旋轉平台讓患者在更換人工膝關節之後也能靈活運用膝蓋,髕骨也變得更符合人體曲線角度、找到骨頭的最佳支點,大幅減少患者術後的不適感,也滿足人體運動的需求。

這些眾多設計巧思所追求的目標,便是讓患者術後活動時就像使用自己原有的膝關節一樣輕鬆自然。

多方衡量手術利弊,挑選最適合的治療方式

目前人工膝關節全置換手術可以選擇傳統開刀、機器人手臂或導航等方式,台灣骨科醫界也持續努力推動更好的治療選擇,極力減少術後疼痛、走路感覺卡卡的情況,希望造福更多患者。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

許弘昌副院長叮嚀,患者在術後要保持傷口乾燥,平日要好好珍惜新關節,適度地運動維持膝蓋肌力,若膝蓋不適一定要就醫檢查,讓日子走得長長久久。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

0

0
0

文字

分享

0
0
0
膝蓋中了一箭後當不成冒險家:為什麼膝蓋受傷不容易痊癒?
雷雅淇 / y編_96
・2016/07/11 ・3201字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「我以前和你一樣是冒險家,直到我的膝蓋中了一箭。」

出自由Bethesda開發的遊戲《上古卷軸5:天際》裡面衛兵的固定臺詞。
出自由Bethesda開發的遊戲《上古卷軸5:天際》裡面衛兵的固定臺詞。

不只上古卷軸的NPC飽受膝蓋受傷之苦,也有很多運動員在膝蓋受傷後就只好黯然退場;膝蓋受傷為何不容易好呢?近期一項發表於《科學轉譯醫學期刊》(Science Translational Medicine)的研究透過檢測膝關節軟骨的膠原蛋白發現,我們的軟骨不會像骨頭一樣「打斷手骨掂鬥勇」,因為它無法再生和癒合。有意思的是,這項研究的方法居然跟核試爆有關!?

為何膝蓋容易中箭受傷:工作複雜壓力大

因膝蓋受傷而退休的前NBA職業球員 Brandon Roy source:examiner
因膝蓋受傷而退休的前NBA職業球員 Brandon Roy。   source:thebostonjam.com

相較於身體其他關節,膝關節是最大而且最複雜的關節,也是人體承受重量最大的關節之一。髖關節將全身的重量傳到構成大腿骨的股骨,再由股骨將重量傳給構成小腿骨之一的脛骨,而膝關節就在之間連接著股骨以及脛骨,另外還有一塊俗稱膝蓋骨的髕骨,結構如下圖。其間還有位於股骨和脛骨相關節表面內由纖維軟骨所構成的半月板(meniscus),它的任務是在股骨改變位置時吸收震動力和確保關節面的形狀。另外為了不讓關節各部位的零件在活動時鳥獸散,膝關節還搭載了韌帶,其中包括了我們常聽到的十字韌帶。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

source:郵政醫院。
source:郵政醫院

source:郵政醫院。
source:郵政醫院

不在水中又直立行走的我們,膝關節承受的壓力,絕對不亞於被女朋友問「如果我和你媽掉進水裡你要先救哪一個?」時瞬間所產生的壓力啊。膝關節也被認為是各種急慢性運動損傷的重災區,在運動時人體的膝關節處於半彎曲的狀態,膝關節承受的壓力比直立時大得多而且容易疲勞,也因為這時的韌帶呈現鬆弛狀態,關節的穩定度也大幅下降。所以當身體姿勢不正確、施力不當或外力撞擊時,就會很容易受傷。另外,膝部軟骨組織的長期磨損也會導致骨性關節炎(osteoarthritis)。

長時間處理著複雜工作又承受莫大壓力還被說是草莓族,膝蓋可能真的要躺著才會沒那麼容易中箭受傷。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「核爆定年法」:那些核彈和你的膝蓋有關係嗎?

如果你有一天跌倒,湖中女神浮出水面問「你受的傷是這個小腿開放性骨折還是這個膝蓋半月板撕裂傷?」時,請毫不猶豫且勇敢地選擇前者吧!為什麼呢?讓我們先從核試爆(Nuclear bomb testing)開始說起。

source:wikipedia
source:wikipedia

放射性碳定年法你我都不陌生,它也被稱為碳-14同位素( carbon-14 isotope )定年法;是利用自然中存在的碳-14同位素衰變的半衰期,來推斷測定的含碳有機物的年代。通常自然界中的碳-14來自於宇宙射線產生的高能中子與大氣中的氮原子相互作用而產生,反應如下圖。然後碳-14會加入碳循環,進入到各種生物體內,也因此能藉此測定古生物的生存年代。

螢幕截圖 2016-07-11 00.33.24

然而一項特別的人類活動大大地改變了大氣中的碳-14含量:1950至1960年代核彈試爆使得大氣中的碳-14含量大增,直到1963年簽訂《部分禁止核試驗條約》後才逐漸下降。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

source:Wikipedia
各國核試驗的年代及數目。source:Wikipedia

理論上要用碳-14定年測定近代物質的年代不太容易,但因為核試驗讓大氣中的碳-14異常的上升,碳-14含量的數據可以統計成像下圖的「核彈曲線」(bomb curve),只要測量有機物的碳-14含量再和這個曲線當中的數據比對,就能定年出測量物產生的時間。如果測量的對象是會自我更新的組織,也可以利用這個方法算出生物的死亡時間。

source:果殼網。
source:核弹测年法,再不用就没得用啦,果殼網。

聰明的你,一定開始皺眉發現案情並不單純,也靈光一閃想到這跟膝關節軟骨組織實驗的關聯了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

預防勝於治療:有些傷,時間久了也不會痊癒

現在,我們習得了「核彈定年法」的技能,來看看研究團隊接下來怎麼做:他們測量了1位捐贈大體和22位年齡在18~76歲,做過膝關節置換手術患者的膝關節軟骨裡膠原蛋白的碳-14含量(膠原蛋白是提供軟骨彈性和拉伸強度的蛋白質)。在這22名患者中,有一些是飽受關節炎所苦的患者,但也有一些是健康的膝關節;當然不是很殘忍的搶錢搶糧搶健康的人的膝關節,這些健康的膝關節是來自一些因為骨癌(bone tumors)而必須置換關節的患者。

研究人員取樣了膝關節中耗損最多的膝關節中央的軟骨,和膝關節邊緣承受的負荷較輕微的軟骨。如果組織仍會不停地生長代謝的話,舊的分子會被取代,因此測定出來的碳-14的量會是比較年輕的大氣水平;但如果分子是長時間保持穩定而沒有被置換,那碳-14的量應該就跟它被製作出來時的大氣水平相當。結果如何呢?

cc_knee_16x9 (1)
Y.Lu/iStockphoto

研究發現,受試者的膝蓋的膠原蛋白裡的碳-14含量,不論是健康或是不健康的膝關節,都相當於他們8~13歲時的大氣水平;這表示在成年後就沒有新的膠原蛋白生成。其中一名出生在1935年前的患者,他膝關節中的膠原蛋白裡幾乎沒有碳-14;相比之下,誕生於1950年代的患者膠原蛋白裡的碳-14同位素含量則大幅上升。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在一些過往的研究中有科學家觀察到骨性關節炎患者有膠原蛋白合成(collagen synthesis)的現象,這代表著關節可以嘗試自我修復;但在這次的研究中並沒有觀察到這樣的現象,即使是關節受到最多壓力的區域,研究團隊發現成人還是無法製造新的膠原蛋白。

造成這樣差異的解釋,科學家認為可能是過往的實驗只是間接測量膝關節的膠原蛋白代謝。雖然研究人員也有嘗試一些方法來誘導膝蓋軟骨再生,像是植入幹細胞或是將健康軟骨的薄片放到關節裡,但都沒有奏效。本研究的共同作者以及關節炎專家,哥本哈根大學的Michael Kjær說,「防止軟骨惡化可能是更直接有效的方法。」

北卡羅來納學校在大學教堂山分校( University of North Carolina School of Medicine in Chapel Hill)沒有參與研究的軟骨生物學家Richard Loeser說,這項研究指出了保護軟骨的重要性。年輕的時候需要好好照顧你的關節,因為當你的軟骨一旦損傷,它可能無法自我修復,只能跟你說:「可是……瑞凡,受傷的膝蓋回不去了。」

網球王子啊(嘆)source:網球王子 第351話。
網球王子好多人的膝蓋都GG了啊(嘆)。source:網球王子 第351話

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

參考資料:

 

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
雷雅淇 / y編_96
38 篇文章 ・ 1309 位粉絲
之前是總編輯,代號是(y.),是會在每年4、7、10、1月密切追新番的那種宅。中興生技學程畢業,台師大科教所沒畢業,對科學花心的這個也喜歡那個也愛,彷徨地不知道該追誰,索性決定要不見笑的通吃,因此正在科學傳播裡打怪練功衝裝備。