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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

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「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。

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「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。

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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。

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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:

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雷雅淇 / y編_96
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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。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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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

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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。

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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

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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。

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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

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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。

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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。

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careonline_96
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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

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「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。

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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。

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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。

careonline_96
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雷雅淇 / y編_96
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「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。

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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)。

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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
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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。

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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。

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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?

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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。

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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

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參考資料:

 

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雷雅淇 / y編_96
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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。