肘关节生物力学ppt

注：任意一种平行于旋转轴的力均不产生 阻力力矩。
前臂骨折，长期夹板固定的患者， 通常前臂保持部分旋前位。 长期旋前易产生骨间膜硬度更强， 更容易导致旋前挛缩。 远端状态：在旋前及旋后的极端 位上，桡骨尺切迹表面仅有10% 与尺骨头相连。中立位上，桡骨 尺切迹表面有60%与尺骨头相连。
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旋前旋后的过程中，旋转轴与骨间膜 间并不是完全平行，所以在旋转形成 的弧度区，骨间膜长度仍可发生一些 变化。
• 当前臂旋前时，肱二头肌肌腱包绕桡骨近端， 在完全旋前位下，肱二头肌主动收缩，使桡骨 急剧旋转至旋后位。
• 屈肘达90˚时，肱二头肌作 为旋后肌的效率最高，因 此，在很多大功率的旋后 运动中，肘部总保持自然 90˚。 • 肘部仅屈曲30度时，肱二 头肌肌腱与旋转轴之间的 交叉角度不存在了。这种 角度的改变将肱二头肌机 械旋后力矩的产生能力降 低了50%。
日常生活中的旋后动作
• 旋后肌的生理横截面为旋 前肌生理横截面的两倍这 一生理结构决定了旋后肌 群可产生比旋前肌群大 25%的等长力矩。 • 顺时针方向用螺丝起子拧 紧螺丝时，肱二头肌、旋 后肌、拇长伸肌大力收缩、 肱三头肌产生等长运动， 拮抗肱二头肌产生的极大 屈肘趋势。
肌肉的神经分布
• 肘屈肌含有三种不同的周 围神经：肌皮神经分布于 肱二头肌、肱肌；桡神经 分布于肱桡肌、肱肌外侧； 正中神经对应旋前圆肌。 • 肘伸肌—肱三头肌和肘肌， 桡神经分布于其中。
• 注：1、若手术切除桡骨头，会使桡 骨向近端位移，腕部骨骼不对称， 近、远端尺桡关节不对称，发生明 显疼痛，功能丧失。 2、长时间持重后，前臂出现深度 疼痛，可能是肱桡肌和其他肌肉疲 劳所致。 3、服务员托盘子时，重力穿过桡 骨朝向近端，使骨间膜均匀地分散 前臂所承受的重量
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常见肘关节损伤
• 1、强力拉扯手部可导致桡骨头滑出环状韧带 远端。儿童尤其容易发生此症状（幼儿4岁以 前，桡骨头尚在发育之中，环状韧带松弛）， 从而发生桡骨小头半脱位，又称“扯肘症”。
• 屈曲扭矩的大小与年龄、 性别、举重经验、肌肉收 缩速度、关节在上肢所处 的位置有关。 • Gallagher及其同事研究报 告，在优势位置上产生的 屈曲扭矩、所做的功、能 量比劣势位置所产生的屈 曲扭矩、所做的功和能量 大。 • 前臂处于旋后位时，肘屈 肌产生的力矩比前臂完全 旋前位时肘屈肌产生的力 矩大20%-25%。Fra bibliotek肌肉参与
运动形式 参与运动的肌肉
屈肘
肱二头肌、肱肌、肱桡肌(补)、旋前圆肌、腕关节屈肌群(除外指 深屈肌) 肱三头肌(补)、肘肌、腕伸肌群 旋后肌、肱二头肌(补)、桡腕长伸肌、拇长展肌、肱桡肌(除外桡 腕短伸肌) 旋前圆肌、旋前方肌(补)、腕屈肌(桡侧腕屈肌)、肱桡肌、肘肌
伸肘 旋后
旋前
屈肘过程中的肌肉参与力线和力矩的关系
屈肌力量与屈曲角度、力矩大小的关系
• 根据生物力学数据测得， 肘屈曲90˚时，所有的肌肉 出现最大力矩（左上图）。 • 屈肌最大力出现在屈曲80˚ 左右（右上图）。 • 平均最大力臂值出现在屈 曲100˚左右，此关节角度 下，肱二头肌肌腱以90˚角 垂直汇入桡骨（下图）。
• 注：决定屈肌最大转矩角曲线的整 体形状的主要因素有两种：（1）肌 肉产生的最大屈曲力矩；（2）内 力壁长度。
注：在肱骨内上髁与尺骨鹰咀之间有一弧形窄 而深的骨沟，有深筋膜横架于上，形成一骨性 纤维鞘管，即尺神经沟，也称肘尺管。管内为 尺神经及尺侧上副动、静脉。（如下图）
肘关节（包括前臂）正常运动方向
• 屈曲 • 伸展 • 旋前 • 旋后
肱桡、肱尺关节的关节运动
• 肱桡关节的屈曲和伸展涉 及桡骨凹沿着肱骨小头的 滚动并滑行。 • 主动屈曲时，桡骨头凹被 肌肉收缩力拉向肱骨小头。 • 完全屈曲时，尺骨的冠状 突与肱骨冠突窝刚好咬合。
• • 注:α、内外侧旋转轴位于肱骨小头中心 β、屈曲时，外侧（尺侧）副韧带被 拉伸，肘窝组织松弛
伸肘时的力矩关系
• 高速同心或偏心运动才可产生较大 的动态伸展力矩（如：快速推门）。 • 从生物力学角度考虑，肩部屈曲和 肘部伸展的结合最大程度减小了肱 三头肌完全伸展肘部所需的缩短速 度和幅度（如图示）。 • 伸肌和屈肌都在90˚产生峰值最大力 矩，但出现最大内力臂的关节角度 相差却很大。肘曲最大内力臂为90˚， 肘伸最大内力臂为完全伸展位。 • 注：是肌肉长度决定肘伸峰值力矩 出现在何种运动幅度，而不是杠杆 决定的
肘曲90˚时，肱三头肌力臂小于 肘伸时的力臂
前臂旋前旋后与肩部内外旋的关系
• 前臂的旋前及旋后与肩部的内旋及外旋在功能上相 关。 • 肩部内旋通常伴随旋前，肩部外旋则通常伴有旋后， 将肩部的旋转与前臂的旋转相结合，受不得空间旋 转可达到接近360˚，而不止是单独旋前或旋后时的 170˚-180˚。 • 当肩部外旋和旋后同时发生，旋后力矩的大小比肩 部内旋与旋后同时发生大9%。
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注：1、肱尺关节的稳定性使桡骨、 腕骨、手之间得以稳固相连。 2、桡骨头通过成骨纤维环（25%尺 骨桡切迹+75%环状纤维）与尺骨近 端保持相对稳定。
旋转角度与日常生活行为的关系
• 健康人一般可做0˚-85˚旋 前及0˚-75˚旋后。 • 前臂旋转中立位（或零基 准位）为“拇指向上”姿 势。 • 图示为肘部100˚“功能弧 形区”，但是不是运动的 终极范围。
肘及前臂产生的扭矩对比
• 肘曲和肘伸过程中，最大等轴内旋扭矩要比旋前、旋后大 得多。 • 男性平均最大等轴内旋扭矩要比女性大的多，几乎成2倍 关系。
肘部肌肉生物力学关系
• 肘屈肌的结构和生物力学变量的关系如下表。 • 肌肉的横截面积越大，产生的力越大。 • 注：肱肌的唯一功能是屈肘，基于生理横截面积，肱肌可产生比肘部其 他肌肉都大的力。
肘关节伸直时，肱骨内外上髁和尺骨鹰嘴三点位 于一条直线上，屈曲至90度时，三点的连线构成 一尖端朝下的等腰三角形。 • 肘关节发生脱位时，这三点的位置关系发生改变； 但是肱骨髁上骨折时，三点位置关系不变。
总结： • 屈、伸运动以肱尺关节为主，尺骨在肱骨滑车上运动，桡骨头在肱骨 小头上运动。 • 肘关节的提携角使关节处于伸位时，前臂远离正中线，增大了运动幅 度；关节处于屈曲位时，前臂贴近正中线，有利于生活和劳动的操作。
肌肉收缩速度与肌力输出的关系(以屈肘为例)
• 正常人的肱二头肌长度约 30cm，收缩1s,肱二头肌 缩短至23cm,肘关节完成 90˚屈曲，肩关节45˚屈曲， 此时ν=7cm/s(图B)；当肱 二头肌协同后三角肌运动 时，肱二头肌缩短为25cm, 肘关节屈曲90˚，肩关节伸 展45˚，此时ν=5cm/s。
• 常见于父母或宠物狗大力拉扯儿童的手臂。
网球肘和高尔夫球肘
2、网球肘（肱骨外上髁炎）时肘 关节外侧前臂伸肌起点处肌腱发 炎疼痛。
3、高尔夫球肘也称肱骨内上髁炎 或屈肌总腱损伤。为旋前屈肌群 肌腱起始部过度疲劳而引起的损 伤。
前臂旋转
• 前臂旋转是围绕着从桡骨 头到尺骨头的一条轴线发 生的。 • 手掌出现旋转的动作，是 因为手与腕部紧密连接着 桡骨，而未与尺骨相连。
前臂受力时关节的状态改变
• 生物力学表明，在最大力 活动中，肱桡关节上受到 的压力是体重的三到四倍。 • 掌根支撑时，穿过腕部的 压力有80%都由桡腕关节 传递，其余20%力则通过 腕内侧尺腕间隙的软组织 传递。 • 坠落过程中，若手臂外伸 则桡骨骨折可能性很大。
• 肘关节伸展状态提重物时， 撑开力几乎全部施加在桡 骨上，从而使骨间膜松弛。 • 拉伸状态下，桡骨头与环 状韧带相对滑动，使环状 韧带紧张，同时肱桡肌的 力量传到上臂。
• 注：桡神经损伤可导致伸肘完全瘫 痪，而支配四种肘屈肌的三种神经 同时损伤才可使肘屈肌瘫痪、重要 功能无法完成（如进食、梳头）
肘和前臂的运动神经分布
• 肘和前臂的肌肉的运动 均有肌皮神经、正中神 经和桡神经三种神经支 配。
• 表中列出屈肌、伸肌、 旋前肌、旋后肌各由哪 些神经支配，以及支配 各肌肉的神经来自哪一 神经根。
• 三种主要的肘屈肌的力线在上图已经 描述，以肘关节屈曲90˚并前臂中立位 这一姿势来对抗肘屈方向的力，可使 肱桡肌突起，越过肘关节“绷成弓弦 状态”。 • 肌电活动研究表明，肱桡肌是最重要 的肘屈肌，特别是在快速抵抗外部对 抗力量时。 • 注：肱桡肌绷成弓弦状态增大了肘关 节的屈力臂，所增大的幅度超过其他 肘屈肌收缩增大的屈力臂幅度。
旋前和旋后的肌肉参与条件
• 首先肌肉必须具有以下两 个特征，才被视作旋前或 旋后肌: • 1、该肌肉必须附着在旋 转轴的两边（肱骨、尺骨 的近端附着点，桡骨或手 部的远端）。 • 2、该肌肉必须具有围绕 旋前或旋后的旋转轴的内 力臂。
肱二头肌在旋后过程中的重要性
• 肱二头肌是前臂非常有力的旋后肌。 • 肱二头肌的生理横截面约是旋后肌的三倍。 • 在一系列快速有力的从旋前至旋后的活动中， 可扪及肱二头肌的收缩，据此表明其在旋后过 程中的主导作用。
肘关节生物力学 Spirt
肘关节的正常力线
• 肘关节的屈曲旋转轴穿过 冠状突和肱骨滑车，稍向 外上侧方向倾斜。 • 肘关节一般有外翻角，正 常外翻角（提携角）为肱 骨纵径朝外大约15度角 （前臂与上臂形成约163 度）。
• 不正常：过度外翻畸形：前臂朝外侧偏离30 度左右；内翻畸形：前臂朝内侧偏离5度左右
• 注：在某种程度上，旋前及旋后幅 度减小可分别通过肩部的内旋和外 旋补偿。
旋转过程中的肘关节各关节的运动方式
• 近侧尺桡关节旋后时，桡 骨头在成骨纤维环内旋转， 成骨纤维环对桡骨头束缚 很紧，阻止标准的“滚 动—滑行”关节运动。
• 旋前的过程就是桡骨及手 掌相对于固定不动的肱骨 和尺骨做旋转运动。
• 注：当某种肌肉的收缩速度接近0 或做等距收缩时，其“最大肌力输 出”较大。
伸展状态时的肌肉参与顺序
• 肘肌启动并维持低水平肘 伸力的第一束肌，随着伸 展力和角度的逐渐增大， 肱三头肌内侧头随之加入， 随着力量增加到中-高水平， 肱三头肌外侧头加入，随 后是肱三头肌长头参与。