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？

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

• 作者 / 白映俞 醫師
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《九招改善膝蓋痛（跟著3D動圖練）》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔

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。

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

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。

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

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。

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。

• 本文轉載自 Care Online 照護線上《九招改善膝蓋痛（跟著3D動圖練）》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
• 加入照護線上 LINE 官方帳號，健康資訊不漏接

• 作者／許弘昌醫師
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《向膝蓋退化的切骨之痛說掰掰 新型人工膝關節讓你行走自如》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔

「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。

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。

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。

• 本文轉載自 Care Online 照護線上《向膝蓋退化的切骨之痛說掰掰 新型人工膝關節讓你行走自如》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
• 加入照護線上 LINE 官方帳號，健康資訊不漏接