下肢肌肉疲勞對姿勢控制的影響
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我們在訓練病人的時候，很大部分會遇到下肢肌肉疲勞的情況，在這種情況之下，患者的姿勢控制會下降，從而引發運動損傷，藉此文章想說明一個問題，作為康復師的我們需要注意肌肉疲勞問題，以防因姿勢控制欠佳出現運動損傷。既然說到對於姿勢控制的影響，那麼先來探討一下姿勢控制的問題。
對人體動作來說，姿勢平衡的控制是一項重要的元素。人體若要維持動作的穩定，需要經過一連串複雜的系統整合，其中以中樞神經系統（central nervous system）、感官系統（sensory system）和肌肉骨骼系統（musculoskeletal system）最為重要。這系統整合的過程會先藉由視覺（visual）、前庭器（vestibular）、體感覺（somatosensory）等感官系統來接收外在的信息，例如感受到不平衡動作時，此信息會傳至中樞神經系統，經整合後，再透過動作神經傳送相關的信息給肌肉骨骼系統來產生正確的肌肉收縮藉以維持身體的平衡。如果要維持穩定的姿勢必須要藉由下肢的肌肉骨骼系統來讓身體的質心（center of mass）維持在基底面積（base of support）內。一旦身體的質心超出基底面積的範圍，肌肉骨骼系統無法有效的調整身體質心回到基底面積的範圍內，身體就會失去平衡，有可能會導致意外跌倒或甚至造成下肢關節的傷害。
圖：影響關節穩定度的因素
針對人體下肢來探討，姿勢平衡的控制必須要先由維持下肢關節的穩定（joint stability）（上圖），進而來調整姿勢的平衡。而關節的穩定度是透過動態抑制系統（dynamic restraints）：肌肉和靜態抑制系統（static restraints）：韌帶來維持。關節穩定度是感覺與動作系統不斷整合、微調並持續作用所累積的結果，更明確的說，關節穩定度是透過來自體感覺系統（周邊回饋）的傳入神經（虛線所示），經整合後，再由動作神經（實線所示）將訊息傳至個體的神經肌肉控制系統。在運動的情境下，膝關節和踝關節需要承受很高的關節受力，這力量常會超過靜態抑制系統（韌帶與關節囊）的負荷而造成關節失去穩定性。當外力造成關節活動度比最小的關節鬆弛度大時，關節的傷害就會發生。換句話說，當關節受力超出靜態抑制系統的負荷時，為了要維持關節的功能性與穩定度，這時關節的動態抑制系統（肌肉）就必須介入來增加關節的穩定性，此即稱為動態關節穩定（dynamic joint stability）。
下肢肌肉疲勞對於姿勢控制的影響：在運動的過程中，隨著運動時間的拉長以及體力的下滑，身體首先產生的反應即是肌肉疲勞，此情形會造成肌力的下降，進而降低動態抑制系統的功能，而使得身體姿勢控制的難度提升和關節不穩定的情形產生，最後造成傷害風險的提高。肌肉疲勞是一種複雜、多面向的，很容易理解但很難量化的現象。其可以定義為「在任何需要力量的情境，肌肉產生最大力量的能量減少」；在運動的情境下「神經肌肉疲勞會呈現出運動表現下降的反應」；而為了描述動態的肌肉收縮，肌肉疲勞也代表著「最大能量輸出減少」。肌肉疲勞已經被假定會改變生物力學和神經肌肉因子並與肌肉骨骼傷害的風險有高度關連性，常見的生物力學參數包括關節角度和地面反作用力，而神經肌肉因子則包含肌肉的反應時間、肌電信號振幅以及肌肉收縮中位頻率等。肌肉疲勞的產生會造成人體的動態抑制系統的下降，也意味著神經肌肉控制系統會受到影響，常見的情形包括肌電信號振幅的下降、反應時間延後以及肌肉收縮中位頻率下降等。肌電信號振幅的下降和反應時間的延後也意味者人體較無法有效地使用肌肉骨骼系統來維持姿勢的穩定，而肌肉收縮中位頻率下降也代表肌肉收縮的頻率下降，也因而造成肌肉收縮較慢，上述這些情形皆會使著地後的姿勢控制面臨巨大的挑戰。然而，神經肌肉的控制對動態關節穩定和身體傷害預防的機制扮演了很重要的角色，肌肉疲勞的發生常會導致關節穩定度的下降而造成傷害的發生。人體的肌肉骨骼系統扮演著多重的角色，包括吸收衝擊時的力量、協助降低骨骼的彎曲和維持關節穩定度等來保護身體，這是很重要的傷害預防機制。著地後，肌肉骨骼系統會吸收部分能量，使得在下肢關節處受的衝擊力減少，然而，當所產生的外力超過身體所能負荷的情況，傷害就會產生。地面反作用力可以作為肌肉骨骼系統在疲勞後負載程度的指標，因為著地時地面反作用力變大，會使得著地的勁度（landing stiffness）產生改變，著地的勁度若增加，下肢關節傷害的風險也會隨之提升。Madigan等人以12位男性受試者進行肌肉疲勞後著地活動的實驗，並比較肌肉疲勞前後的差異，收集下肢在肌肉疲勞後，單腳著地的地面反作用力、運動學參數和肌電圖，結果指出肌肉疲勞後，受試者在著地時，地面反作用力減少以及下肢關節最大屈曲角度增加，由此可知道，人體在肌肉疲勞之後，對於著地後維持穩定的姿勢也會產生改變，疲勞後需要靠較大的關節角度和較小的地面反作用力來維持姿勢的穩定，此為一種代償的機制，其最主要目的是使人體維持平衡和減少傷害的發生。過去有許多研究在探討下肢肌肉的共同收縮，肌肉的共同收縮為人體的一特有機制，其主要目的在增強動態抑制系統的功能進而維持關節的穩定度。主動肌和拮抗肌的共同收縮對膝關節的穩定扮演著很重要的角色，特別是在肌肉疲勞後。Kellis等人以20位健康受試者進行肌肉疲勞後的單腳著地實驗，比較膝關節的伸肌肌群和屈曲肌群在疲勞前後對地面反作用力和肌電圖的影響，研究結果顯示在肌肉（伸肌）疲勞後，在著地初期的地面反作用力較低以及膝關節屈曲的角度較大，而最大的髖關節和膝關節屈曲角度也變大；另外，股四頭肌和腿後肌肌電活化的比值也增加。通常較高的比值也意味著伸肌與屈肌在共同收縮時的所產生差異過大，此不平衡現象會導致膝關節穩定度的降低，而造成較高的傷害風險，因此，人體需要靠較大的關節角度和較小的地面反作用力等代償機制來減少傷害的風險。由以上能夠發現，肌肉疲勞的產生，會連帶影響到人體對姿勢的控制，而這些姿勢改變的主要原因也在於減少傷害的風險，使人體免於受傷。
—— 上述實驗研究數據來自於台灣體育論壇
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